Austin/München (pte/10.07.2006/13:45) – Der Halbleiterhersteller
Freescale http://www.freescale.com hat den ersten kommerziell
verfügbaren Magnet-Speicherchip vorgestellt, der RAM-Chips künftig aus
Computern verbannen soll. Der sogenannte Magnetoresistive Random Access
Memory (MRAM) setzt bei der Speicherung der Daten auf Magnetismus statt
auf elektronische Aufladung und behält daher die Daten auch ohne
Stromversorgung. Freescale ist davon überzeugt, dass die Chips schon
bald in elektronischen Geräten wie MP3-Player, Handys, Digitalkameras
und Computern zu finden sein werden.

MRAMs sollen langfristig herkömmliche RAM-Steine und Flash-Speicher,
die Daten ebenfalls ohne Stromversorgung behalten können, ersetzen.
"MRAMs sind ökonomischer und effizienter", so Freescale-Sprecherin
Cornelia Duris gegenüber pressetext. "Entscheidender Vorteil der MRAMs
gegenüber Flash-Speichern ist, dass sie sehr viel schneller gelesen und
beschrieben werden können. Die kürzeren Schreibzyklen bringen auch
Energieeinsparungen mit sich", erklärt Duris. Zudem weisen die neuen
Speichersteine auf lange Sicht keinen Datenverlust auf. "Insgesamt
haben wir fast zehn Jahre an der Entwicklung gearbeitet", sagte Saied
Tehrani, Verantwortlicher für das MRAM-Programm bei Freescale, der sich
mit dem Interesse des Marktes an der Entwicklung sehr zufrieden zeigt.
"Erste Kunden haben wir schon gefunden."

Neben elektronischen Kleingeräten sollen die MRAMs in Zukunft jedoch
vor allem in PCs zum Einsatz kommen und dort die stromabhängigen
RAM-Chips ersetzen. Damit könnten die Bootzeiten der Systeme erheblich
verkürzt werden. Ansätze in diese Richtung zeigte Intel mit der
Robson-Technik. Dabei werden die Systemdateien nicht von der
Festplatte, sondern von eine Flash-Chip in den Hauptspeicher geladen
und die Bootzeiten deutlich verkürzt (pressetext berichtete:
http://www.pte.at/pte.mc?pte=051018037 ). Mit MRAMs würde das Laden
überhaupt entfallen, der Rechner wäre sofort betriebsbereit.

Marktbeobachter sehen in der Entwicklung von Freescale einen
Meilenstein in der Chipindustrie. "Das ist die wichtigste
Speicherneuerung in diesem Jahrzehnt", meinte Will Strauss, Analyst bei
Forward Concepts http://www.fwdconcepts.com. Einige Halbleiterfirmen
hätten an dieser Technologie geforscht. Freescale ist es nun jedoch als
erster gelungen, die Chips in zu kommerzialisieren und in großer
Stückzahl zu produzieren. Die ersten Vier-Megabit-Chips laufen bereits
in Freescales Halbleiterfabrik in Arizona vom Band, um Lagerbestände
aufzubauen.

Um
die Energiewende erfolgreich zu verwirklichen und regenerativ erzeugte
Energie zu speichern, werden bessere Batterien benötigt. Die auf zehn
Jahre angelegte europäische Forschungsinitiative BATTERY 2030+ bringt
führende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Unternehmen aus
ganz Europa zusammen, um entscheidende Fortschritte in der
Batteriewissenschaft und -technologie zu erreichen. Das
Vorbereitungsprojekt zu BATTERY 2030+ startet im März und legt die Basis
für diese Initiative zu Batterietechnologien der Zukunft. Das
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist an diesem Konsortium
beteiligt.

Ziel von BATTERY 2030+
ist die Entwicklung leistungsstärkerer Batterien und einer
Spitzentechnologie für die europäische Industrie. Batterien gehören zu
den Schlüsseltechnologien, wenn es darum geht, Energie nachhaltig aus
erneuerbaren Quellen zu speichern und so Kohlendioxidemissionen zu
reduzieren. Gebraucht werden dafür neue Generationen extrem
leistungsstarker, zuverlässiger, sicherer, nachhaltiger und
kostengünstiger Batterien. Am Konsortium von BATTERY 2030+ sind
europaweit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) insgesamt
fünf Universitäten und acht Forschungszentren beteiligt. „Wir werden uns
bei allen zentralen Themen einbringen, insbesondere in der
beschleunigten Materialentwicklung“, sagt Professor Maximilian Fichtner,
Leiter der Arbeitsgruppe Energiespeichersysteme am Institut für
Nanotechnologie des KIT. Der Chemiker ist zugleich Direktor am
Helmholtz-Institut Ulm und wissenschaftlicher Direktor des Zentrums für
Elektrochemische Energiespeicherung Ulm-Karlsruhe (Center for
Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe, kurz CELEST). CELEST
bündelt das Know-How von 29 Instituten an den Partnereinrichtungen KIT,
Universität Ulm sowie dem Zentrum für Sonnenenergie- und
Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und ist die
deutschlandweit größte Forschungsplattform auf dem Gebiet der
elektrochemischen Energiespeicherung.

„Es geht in BATTERY
2030+ insbesondere auch darum, die Art und Weise, wie wir bislang
Forschung und Entwicklung betrieben haben, grundlegend zu ändern, zum
Beispiel, indem wir Künstliche Intelligenz (KI) einbeziehen“, betont
Fichtner. Diese könnte aufgrund von KI-basierter Datenauswertung an
vielen von Robotern hergestellten Einzelproben lernen, wie sich
bestimmte Materialien verhalten und die Frage beantworten, wie ein
Material gestaltet sein muss, um bestimmte Eigenschaften zu erhalten.
„Indem wir europaweit die Expertise auf den Teilgebieten
zusammenbringen, haben wir die Chance in der Batterieentwicklung
weltweit vorne mitzumischen, auch im Wettbewerb mit den USA und Asien“,
betont Fichtner, der das vom KIT und der Universität Ulm eingeworbene
Exzellenzcluster „Post Lithium Storage“ (POLiS) innerhalb der
Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder koordiniert.

Die
Forschungsinitiative BATTERY 2030+ wird von Kristina Edström,
Professorin der Anorganischen Chemie an der Uppsala Universität in
Schweden, koordiniert. „Mit BATTERY 2030+ stellen wir uns allen
Herausforderungen, die uns bei der Herstellung von
Hochleistungsbatterien begegnen“, sagt die Wissenschaftlerin. „Dafür
etablieren wir eine Plattform, die durch Maschinelles Lernen und
Künstliche Intelligenz neue Batteriematerialien schneller entdeckt.
Interessant sind vor allem Schnittstellen in den Batterien, an denen
Reaktionen ablaufen, welche die Lebensdauer der Batterie
beeinträchtigen. Wir werden intelligente Funktionen des gesamten Systems
bis hin zur Batteriezellebene entwerfen und ein besonderes Augenmerk
auf das Thema Nachhaltigkeit legen“, sagt Edström. „Die zehnjährige
Laufzeit der Initiative BATTERY 2030+ gibt den Beteiligten die
Planungssicherheit, die in der Wissenschaft gebraucht wird, wenn man an
den Grundfesten der Methodik rütteln will“, betont Maximilian Fichtner.

Über das Konsortium BATTERY 2030+

Zum Konsortium von
BATTERY 2030+ gehören neben dem Karlsruher Institut für Technologie
(KIT) fünf Universitäten: die Uppsala Universität, das Polytechnische
Institut Turin, die Technische Universität Dänemark, die Freie
Universität Amsterdam und die Universität Münster; mehrere
Forschungszentren: das Französische Forschungszentrum für Alternative
Energien und Kernenergie CEA, das Französische Nationale Zentrum für
wissenschaftliche Forschung CNRS, das Forschungszentrum Jülich, die
Fraunhofer-Gesellschaft, Fundacion Cidetec, das Nationale Institut für
Chemie Slowenien, die Organisation für angewandte und technische
Forschung Norwegen; sowie die renommierten Industriefachverbände EMIRI,
EASE und RECHARGE und das Unternehmen Absiskey. Unterstützung erhält das
Konsortium von offiziellen europäischen und nationalen Gremien, unter
anderem von ALISTORE ERI, EERA, EIT InnoEnergy, EIT RawMaterials, EARPA,
EUROBAT, EGVI, CLEPA, EUCAR, KLIB, RS2E, vom Schwedischen Zentrum für
Elektromobilität, von PolStorEn, ENEA, CIC energigune, IMEC und dem
Tyndall National Institute.

Weitere Informationen zu BATTERY 2030+: http://battery2030.eu/

Guten Tag Herr Zapp,

vielen
Dank für Ihre Antwort. Aber wir müssen darauf achten, dass das Pferd
nicht von hinten aufgezäumt wird. Ohne Energiespeicherung, bei der
unbedingt der 2. Hauptsatz der Energielehre beachtet werden muss, wird
die komplette Umstellung auf regenerative Energie scheitern bzw. unsere
Volkswirtschaft extrem schädigen. Leider werden die physikalischen
Gesetze bei der Träumerei der ‚Grünen‘ oft missachtet, führen aber zu
politischen Ergebnissen, weil das Volk ihnen mehr vertraut als den
unparteiischen Sachverständigen. So etwas nenne ich Populismus, dagegen
stinke ich mit meinen Interventionen an. Ich warte darauf, dass
irgendein Demagoge die Schwerkraft abschaffen will, weil sie unsozial
sei (dicke Menschen müssen viel mehr ackern beim Treppen hochlaufen).
Ich bin mir nicht sicher, ob sich das Deutsche Volk bei einer
indoktrinierten Volksbefragung (ähnlich BREXIT) sich nicht mit 50,1% für
die Abschaffung der Schwerkraft entscheidet und die Politik beauftragt,
diese Entscheidung umzusetzen.

Ich
bitte Sie, diese letzte Bemerkung nicht allzu ernst zu nehmen, aber das
naturwissenschaftliche Wissen spielt in der Politik keine Rolle mehr.
Dagegen stinke ich mit meinen Kommentaren auf Facebook oder meiner
Homepage an. Seit 50 Jahren betreibe ich einen lösungsorientierten
Journalismus, der nicht nur das Schlechte herausstellt (bad News is good
News), sondern auch mit meinem Wissen, das ich als Handwerker,
Ingenieur und Physiker erworben habe, eine Abhilfe vorschlägt. So sind
meine Sendungen wie ‚Hobbythek‘, ‚Wissenschaftsshow‘, ‚Bilder aus der
Wissenschaft‘ und sogar das Umweltmagazin ‚Dschungel‘ mit dem Untertitel
‚Leben und leben lassen‘ entstanden. Mit den Sendereihe ‚Einführung in
die Elektronik‘ und ‚Digitaltechnik‘ – letztere verknüpft mit einem
Seminar des VDI – habe ich schon in den 70er Jahren das digitale
Zeitalter eingeläutet.

Obwohl
ich mich immer an den ‚kleinen Mann‘ gewendet habe, scheint diese
Absicht nicht besonders erfolgreich gewesen zu sein. Wenn ich die
mangelnde Schwarmintelligenz in Deutschland betrachte. Dem Thema ‚Mit
Vernunft in die Zukunft‘ werde ich mich noch stärker widmen.

Lieber Herr Zapp,

herzlichen Dank für Ihre intensive
Stellungnahme zu meinem Facebook-Eintrag. Als Ingenieur und Physiker
möchte ich Ihnen insofern widersprechen, als das Methan, was ja nichts
anderes ist als unser Erdgas, nur bei sehr niedrigen Temperaturen
verflüssigt werden kann. Im Tank unserer Autos müsste es unter sehr
hohem Druck untergebracht werden. Dann besteht immer noch das Problem
des zweiten Hauptsatzes der Wärmelehre.

Vielleicht haben Sie schon einmal etwas von
Entropie gehört, sie beschreibt den Grad der Unordnung und wird leider
in der Schule nur sehr theoretisch und abstrakt behandelt, so dass kaum
einer davon etwas versteht. Das heißt, dass der Wirkungsgrad der
Umwandlung von unordentlicher Energie,  Verbreitungsenergie, in
Bewegungs- oder elektrische Energie abhängt von dem Unterschied zwischen
Verbrennungs- und Kühltemperatur. Bei Methan ist es leider so, dass es
die Eigenschaft hat, sich selbst zu entzünden.

In einem Bericht habe ich von einem hohen
elektrischen Wirkungsgrad gelesen. Aber das ist Quatsch, denn es kommt
auf den gesamten energetischen Wirkungsgrad an, das heißt, Energieinhalt
des Gases zur mechanischen Energie, die der Motor abgibt. Wenn ich dann
diese mechanische Energie in elektrische Energie umwandle, dann ist es
kein Problem, besagten 90 % elektrischen Wirkungsgrad zu erreichen. Bei
der Umwandlung von mechanischer Energie (ordentlicher Energie) in Strom
(ebenfalls ordentlicher Energie) können sogar mehr als 90 % erreicht
werden.

Das ist keine Kunst, aber der
Gesamtwirkungsgrad bleibt immer noch unter 50%. Der Methanmotor
verbrennt sein Gas bei maximal 1500°, während Diesel, sogar in
Selbstzündung, 1800 und mehr Grad erreicht. So dass der Dieselmotor
immer noch einen höheren Wirkungsgrad hat. Den zu verteufeln ist typisch
‚Grün‘, obwohl er bei gleicher Leistung weniger CO2 abgibt. Natürlich
sind moderne Dieselmotoren völlig ohne Feinstaub- und Stickoxid-Abgabe
möglich.

Übrigens, ich selbst habe in meinem
6-Familienhaus einen Methanmotor (Erdgas) als Kleinheizkraftwerk schon
seit 25 Jahren installiert. Der erreicht tatsächlich einen Wirkungsgrad
von fast 100%, allerdings nur, weil ich die Abwärme in die
Zentralheizung einspeise. Das ist der Vorteil der Abwärme. Er erzeugt
5,5 kWh Strom, den ich sogar preiswert meinen Mietern zur Verfügung
stellen kann.

Langer Rede kurzer Sinn: Leider ist der
Methanmotor für die Energiezwischenspeicherung nur bedingt geeignet, im
Gegensatz zu Pumpspeicherwerke, die allerdings in Deutschland beim Bauen
nicht auf besondere Gegenliebe der Bürger stoßen, im Gegensatz zur
Schweiz, Österreich und Luxemburg, wo im Vianden sogar vom RWE ein
solches Pumpspeicherwerk betrieben wird. Die Luxemburger Bevölkerung war
da viel flexibler .

Also die bisherige Installation von
Pumpspeicherwerke in Deutschland reichen bei weitem nicht aus, um in
Zeiten der Flaute, sowohl was Wind oder Sonne anbelangt, die Phasen zu
überbrücken und die Wechselstrom-Frequenz bei 50° stabil zu halten und
einen GAU zu verhindern.

Viele Grüße

Jean Pütz

Sehr verehrter Herr Pütz. Ich habe Ihren Kommentar zu der Maischberger
Runde um die Dieselfahrverbote gelesen. Ich bin der Überzeugung, dass in
der Politik nur ernannte Kompetenzen entscheiden und Fachkompetenz
übergangen wird. Ich denke, es wäre sinnvoll die alternativen
Energiequellen dahingehend zu nutzen, dass überschüssige Kapazität in
Form von Methan gespeichert werden sollte. Hierzu ist Speicher, Netz und
Anwendungsvielfalt vorhanden. Ein Methanmotor ist soweit ich weiß
deutlich umweltfreundlicher als Diesel, Benzin oder Elektro mit
Lithium-Akku. Durch EEG ist die Kohle und auch die Braunkohle wieder
wichtiger geworden um die Energieversorgung sicher zu stellen. Mit allen
daraus resultierenden Nachteilen. Die Kohlenutzung könnte mit
Sicherheit reduziert werden, wenn überschüssige EEG-Anteile in Form von
Methan gespeichert würden. Das Problem der erneuerbaren Energien ist ja
die Nichtregelbarkeit. Mit Sunfire – Verfahren ist, so mein
Kenntnisstand mit 70% Wirkungsgrad Energiespeicherung in Form von Methan
möglich, was zu einem CO2 neutralen Kreislauf beitragen könnte.
Infrastruktur für Methan und breites Anwendungsspektrum ist vorhanden.
Leider wird der Methanmotor stiefmütterlich behandelt. Ich würde gerne
Ihre Meinung zu meinem Gedanken erfahren und wüsste gerne, warum sich in
diese Richtung nichts richtig bewegt. Dieser Motor ist mit Sicherheit
alltagstauglicher. Und durch die CO2 Neutralität bei Methansynthese mit
Sicherheit umweltfreundlicher als andere Vorschläge wie Elektro-Auto
etc.

Heben bei Licht: Das funktioniert erstaunlich gut (Foto: hku.hk )

Hongkong (pte004/06.06.2018/06:15) –

Forscher an der University of Hong Kong (HKU) http://hku.hk haben ein Aktor-Material entwickelt, das Robotern künftig einen
Verzicht auf Motoren ermöglichen könnte. Denn es reagiert sowohl auf
Licht als auch Strom und weitere Einflüsse mit starken Verformungen und
übt dabei auch viel Kraft aus, kann also praktisch wie Muskeln für die
Bewegung eines Roboters sorgen. Da es sich um ein nickelbasiertes
Material handelt, ist es auch günstig in der Herstellung.

Für Roboter der Zukunft

Wenn künftig immer kompaktere Roboter wichtige Aufgaben
erledigen sollen, wäre es günstig, wenn sie ohne Motoren und klobige
Pneumatik-Aktoren auskommen würden. Daher stehen neuartige
Aktor-Materialien im Fokus der Wissenschaft. Das HKU-Team um Alfonso
Ngan Hing-wan, Professor für Materialwissenschaft und -technik, hat
dabei das Ziel verfolgt, dass sich Bewegungen mittels Licht auslösen
lassen. Denn das macht eine kabellose Steuerung leicht. Das ist den
Forschern nun mit Nickelhydroxid-Oxyhydroxid gelungen. Dieses ermöglicht
mit Licht ausgelöste Bewegungen in einer Schnelligkeit und Stärke, die
bislang nicht möglich war.

Wie das Team in "Science Robotics" berichtet, konnten
es beispielsweise einen Mini-Arm mit zwei Scharnieren konstruieren, der
leicht das 50-Fache seines eigenen Gewichts heben kann. Auch hat sich
gezeigt, dass das neue Material ebenso mit elektrischen Signalen
gesteuert werden kann, was die Einbindung in aktuelle
Roboter-Technologien leicht machen sollte. Zudem reagiert es auf
Änderungen in Temperatur und Feuchtigkeit. Das könnte es für autonome
Maschinen, die auf geringe Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren,
interessant machen.

Einfache, günstige Lösung

Ein weiterer großer Vorteil des Materials ist, dass die
wichtigste Komponente Nickel ist, also ein relativ häufiges und somit
günstiges Metall. Auch die Fertigung eines Aktors mit dem neuen Material
ist den Forschern zufolge einfach und in industriellem Maßstab gangbar.
Zudem sei kein zusätzlicher Fertigungsschritt nötig, damit sowohl
Licht- als auch elektrische Steuerung klappt. Aufgrund der Eigenschaften
des Materials sollte es mit Hochskalieren des Fertigungsprozesses
möglich sein, künstliche Muskeln für Roboter zu fertigen, die mit denen
von Säugetieren vergleichbar sind.

Smartphones ersetzen in Zukunft Thermometer
Infrarot-Sensoren ermöglichen exakte Bestimmung der Körpertemperatur
 
Smartphone-Thermometer: neu patentiert (Foto: http://fraden.com)

San Diego (pte016/15.11.2012/12:25) – Das US-Unternehmen Fraden Corporation http://fraden.com hat ein Smartphone-Thermometer zum Patent angemeldet. Ein Infrarot-Sensor direkt neben der Kamera-Linse übernimmt dabei die Messung. Die Genauigkeit genügt laut Hersteller klinischen Ansprüchen. Die Messung erfolgt an der Schläfe der Patienten. Die Smartphone-Kamera dient dabei als Positionierungshilfe. Sobald sich das Mobiltelefon in der korrekten Position – ungefähr 2,5 Zentimeter von der Hautoberfläche entfernt – befindet, registriert der Sensor sofort die Körpertemperatur, wie Forbes berichtet.

Für Kinder

Aus der Intensität des Lichts im infraroten Spektrum, das ein Objekt abgibt, lässt sich seine Temperatur exakt bestimmen. Die Messung der Körpertemperatur mittels dieser Technologie gibt es schon seit etwa 30 Jahren. Heute sind die Sensoren aber klein und empfindlich genug, um ohne Probleme in ein Smartphone eingebaut zu werden. Im Gegensatz zu anderen Thermometern haben Infrarot-Detektoren den Vorteil, dass sie eine kontaktlose Messung ermöglichen, was in einem hygienisch heiklen Umfeld wie einem Krankenhaus durchaus von Vorteil sein kann.

Zudem erfolgt die Messung ohne Wartezeit, die Temperatur kann sofort bestimmt werden. Durch die ubiquitäre Verbreitung von Smartphones können Thermometer in Zukunft außerdem allzeit verfügbar sein. Das Durchsuchen des Medizinschrankes nach einem klassischen Fiebermesser wird dadurch obsolet. Gerade für Kinder ist die Messung mittels Smartphone ein Vorteil. Längeres Stillsitzen und unangenehmes, invasives Messen der Temperatur sollen künftig der Vergangenheit angehören. Smartphones sind bei Kindern beliebt, wodurch die ansonsten oft lästige Kontrolle sogar zum Spaß werden kann.

Vielfältig einsetzbar

Mit dem Smartphone-Thermometer lässt sich aber nicht nur für medizinische Zwecke einsetzen. Der Infrarotsensor liefert auf Wunsch Informationen über die Temperatur jedes beliebigen Objektes. So sollen Eltern beispielsweise die Temperatur von Getränken für ihre Kleinkinder mit dem Gerät ermitteln können. Ab wann die ersten Mobiltelefone mit den Hightech-Sensoren auf dem Markt erhältlich sein werden, ist derzeit noch nicht klar. Die Fraden Corporation will aber so schnell wie möglich Hardware-Hersteller für das Produkt begeistern.

Selbstheilendes "Wundermaterial" frisst CO2

Klimagas wird zielgerichtet genutzt, damit der innovative Stoff wächst und auch erstarkt

Ein Riss (oben) mit Kohlendioxid geschlossen (unten) (Grafik: mit.edu)

Cambridge (pte002/12.10.2018/06:05) – Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://mit.edu und der University of California http://universityofcalifornia.edu haben ein neues Material entwickelt, dass Kohlendioxid in der Luft
anzapft, um zu wachsen, sich zu verstärken und sogar Risse zu
reparieren. Der Kunststoff, der sich als Konstruktions- und
Reparaturmaterial oder auch als Schutzhülle nutzen lässt, wandelt das
Klimagas kontinuierlich in den kohlenstoffbasierten Kunststoff um.

Gel setzt Prozess in Gang

Das neue Material ist eine gelartige Substanz, die einen chemischen
Prozess in Gang setzt, der der Umsetzung von Kohlendioxid in Pflanzen
ähnelt. Kombiniert mit Sonnenlicht, wandeln sie das Klimagas in Biomasse
um. Die Forscher stellen sich vor, daraus leichtgewichtige Paneele
herzustellen, die irgendwo eingebaut werden. Mit der Zeit verfestigt
sich das Material unter dem Einfluss von Sonnenlicht und durch die
Einlagerung von Kohlendioxid.

"Das ist ein völlig neues Konzept in der Materialwissenschaft", schwärmt
Michael Strano, Professor für Chemieingenieurswesen am MIT. Die
Entwicklung eines Materials, bei dessen Herstellung keine Energie
benötigt wird und das sogar noch Kohlendioxid aus der Atmosphäre
entfernt, habe ganz offensichtlich Vorteile für Umwelt und Klimaschutz.

Spinatblätter liefern Chloroplasten

Die Forscher setzen Chloroplasten aus Spinatblättern ein. Das sind
Organellen der Zellen von Grünalgen und höheren Pflanzen, die
Photosynthese betreiben. Diese Organellen fungieren als Katalysatoren,
die die Umwandlung von Kohlendioxid in Glukose in Gang setzen.
Normalerweise halten Chloroplasten nicht lange durch, nachdem sie
Pflanzen entnommen wurden. Strano und seinem Team gelang es aber, die
Funktionsfähigkeit der Chloroplasten über einen langen Zeitraum zu
erhalten. Wie das geht, ist natürlich ein Geheimnis.

Basismaterial ist ein Grundgerüst aus einem Polymer namens APMA,
Glukose, einem Enzym namens Glukose-Oxidase und eben Chloroplasten. Es
ist eine Art Gel, also für Konstruktionen noch nicht geeignet, obwohl es
mit der Zeit durch den Einfang von Kohlendioxid-Molekülen fester wird.
Als Füllmaterial, ähnlich einer Spachtelmasse für Wände sowie als
Schutzhülle für wertvolle Geräte sei es jedoch schon geeignet. Derzeit
optimiert das Team das Material. Schon in naher Zukunft soll es
tatsächlich bei größeren Vorhaben eingesetzt werden.

Bio-Angeln für Seltene Erden

Wie Eiweiß-Bruchstücke Elektronik-Schrott recyceln

Ohne wichtige Schlüssel-Elemente, wie
Kupfer oder die Metalle der Seltenen Erden, funktioniert weder die
moderne Elektronik noch fließt elektrischer Strom. Ausgediente
Energiesparlampen, Handys, Computer und Schrotte könnten eine wichtige
Quelle für diese Rohstoffe sein, allerdings lassen sich die wertvollen
Hightech-Metalle von dort nur schwer zurückgewinnen. Es sei denn, man
angelt mit kleinen Eiweiß-Bruchstücken danach, die Forscher vom
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Technischen
Universität Bergakademie Freiberg gerade in der Zeitschrift „Research in
Microbiology“ vorstellen.

Die defekte Energiesparlampe und das ausgediente
Handy wandern heutzutage mehr oder weniger zuverlässig über
Sammelbehälter in Großmärkten und andernorts zu den Wertstoffhöfen. Für
besonders wertvolle Inhaltsstoffe wie die Seltenen Erden Terbium,
Yttrium oder Lanthan, die oft nur in geringen Konzentrationen vorliegen
und die fest mit anderen Komponenten verbunden sind, gibt es allerdings
häufig noch keine wirtschaftlichen Recyclingtechnologien. „Allein 25.000
Tonnen Leuchtpulver der ausgedienten Energiesparlampen dürften daher in
der Europäischen Union bis zum Jahr 2020 gesammelt werden“, berichtet
die Biologin Dr. Franziska Lederer vom HZDR.

Fein verteilt stecken dort so exotisch klingende
Verbindungen wie Yttrium-Oxid, Lanthan-Phosphat,
Cer-Magnesium-Aluminium-Oxid und Barium-Magnesium-Aluminium-Oxid, die
Spuren von Terbium, Cer, Europium und anderen Seltenen Erden enthalten.
Die Seltenen Erden wiederum, ohne die weder Plasmabildschirme, noch
Generatoren von Windkraftanlagen oder Elektromotoren für Autos mit
Hybrid-Antrieb funktionieren, wurden in den vergangenen Jahren fast
ausschließlich in China gewonnen. Export-Beschränkungen können daher die
hiesigen Schlüsseltechnologien massiv in Mitleidenschaft ziehen.

Die Nachwuchsgruppe „BioKollekt“, die Dr. Lederer
seit dem 1. Oktober 2018 am Helmholtz-Institut Freiberg für
Ressourcentechnologie (HIF) – einem Institut des HZDR – leitet,
beschäftigt sich deshalb mit neuartigen Technologien, um Seltene Erden
beispielsweise aus dem Leuchtpulver ausgedienter Energiesparlampen zu
gewinnen. Mit diesen Methoden können aber auch wichtige Metalle wie
Kupfer und Gold aus dem Abraum von Bergwerken gewonnen oder Plastik
sortiert und wiederverwendet werden.

Das Vorbild für diese Techniken findet die Biologin
bei Viren, die auf Bakterien spezialisiert sind. Die Hülle dieser
winzigen „Bakteriophagen“ besteht aus rund 4.000 Proteinen. An diese
wurden mit molekularbiologischen Methoden kurze Protein-Bruchstücke
geheftet, die acht bis 16 Proteinbausteine lang sind. Von diesen
Peptiden gibt es viele unterschiedliche Formen, Franziska Lederer kann
daher mit einer Milliarde Bakteriophagen forschen, die jeweils
unterschiedliche Peptide besitzen. Eine solche Sammlung nennen
Molekularbiologen eine „Bibliothek“.

„Die Peptide können kleine Taschen formen, in die
bestimmte Mini-Strukturen passen“, erklärt die Biologin. Dabei kann es
sich zum Beispiel um das Seltene-Erd-Element Terbium handeln. Bringt die
Forscherin ihre Bakteriophagen-Bibliothek mit einer solchen reinen
Terbium-Verbindung zusammen, die an einer festen Oberfläche hängt,
bleiben beim Abwaschen die Bakteriophagen hängen, in deren Peptid-Tasche
die Terbium-Verbindung recht gut passt.

Vermehren bis zur perfekten Passfähigkeit

In einem zweiten Durchgang verschärfen die Forscher
dann die Bedingungen, so dass nur noch die Bakteriophagen hängen
bleiben, in deren Peptid-Tasche die Terbium-Verbindung sehr gut passt.
Jetzt folgt eine Analyse des Abschnitts im Erbgut dieser Bakteriophagen,
der die Bauanleitung für das Peptid enthält. Nach dieser Bauanleitung
lässt Franziska Lederer dann die passenden Peptide für die
Terbium-Verbindung anfertigen.

Diese Peptide werden nun zum Beispiel an Partikel
aus einem magnetischen Material geheftet. Mischt man diese Teilchen mit
dem Leuchtpulver von Energiesparlampen in einer Brühe, dann heften sie
sich dort an die enthaltenen Terbium-Verbindungen. Anschließend fischen
die Forscher mit einem Magneten die Partikel samt den Seltenen Erden
wieder heraus. Nach dem Entfernen der Terbium-Verbindungen können die
Teilchen mit den Peptiden wieder zum Recyceln eingesetzt werden. „Mit
dieser Methode können wir spezifische Peptide für unterschiedliche
Seltene Erden, aber auch für wichtige Metalle wie Kupfer, Gold oder
verschiedene Platin-Metalle gewinnen und mit ihnen die jeweiligen
Substanzen aus sehr verdünnten und komplexen Gemischen extrahieren“,
erklärt Franziska Lederer.

Die Erfinder dieser Phagen-Display-Methode wurden
vor kurzem mit dem Nobelpreis für Chemie 2018 geehrt; lange vorher hatte
die Dresdner Nachwuchsgruppenleiterin die Bakteriophagen-Bibliotheken
aus der Gruppe des frisch gebackenen Nobelpreisträgers George Smith an
der amerikanischen University of Missouri erhalten. Da andere
Wissenschaftler die Phagen-Methode bisher nur für biologische Verfahren
wie der Herstellung von Antikörpern verwenden, leisten die HZDR-Forscher
beim Recyceln von Metallen echte Pionierarbeit.

Die spezifischen Peptide lassen sich auch an
Styropor-Kügelchen anheften. Mit der jeweiligen, gebundenen Substanz
schwimmen diese Kügelchen in einem Container an die Oberfläche des
Wassers und können einfach abgeschöpft werden. Mit solchen Methoden
könnten auch Erze aus den Abraumhalden von Bergwerken gewonnen werden,
in denen noch Spuren dieser Erze vorhanden sind.

„Vielleicht können wir auch Peptide isolieren, die
spezifisch bestimmte Kunststoffe binden“, überlegt Franziska Lederer.
Bisher werden Plastik-Abfälle nämlich häufig verfeuert, weil sie ein
Gemisch verschiedener Kunststoffe enthalten. Die Peptide der HZDR-Gruppe
aber könnten diese Abfall-Mischungen in Zukunft vielleicht sortieren
und so ein echtes Recycling einleiten. „Unsere Forschung steht noch am
Anfang und eine praktische Anwendung wird noch einige Zeit auf sich
warten lassen. Unser Ziel ist es, mit unserer innovativen
Technologieplattform das Recycling erheblich zu verbessern.“

_Publikation:

Robert Braun, Stefanie Bachmann, Nora
Schönberger, Sabine Matys, Franziska Lederer, Katrin Pollmann: „Peptides
as biosorbents – Promising tools for resource recovery“, Research in
Microbiology, DOI: 10.1016/j.resmic.2018.06.001 Link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29928986

700 bis 800
Tonnen Antibiotika pro Jahr wurden im Jahr 2014 laut dem Bundesamt für
Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit in Deutschland allein in
der Humanmedizin eingesetzt, in der Veterinärmedizin wurden im Jahr 2017 rund 730 Tonnen an Tierärzte abgegeben. Durch
den hohen Einsatz von Antibiotika bilden allerdings immer mehr
Bakterien Multiresistenzen, die eine medizinische Therapie bei einer
Erkrankung erschweren. Über Abwässer gelangen die resistenten Erreger in
die Umwelt und letztendlich zurück zum Menschen. Forscherinnen und
Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersuchen im
Verbundprojekt HyReKA die Verbreitung der Bakterien und bewerten
Maßnahmen wie die Ultrafiltration, um sie effektiv aus dem aufbereiteten
Abwasser zu entfernen.

Multiresistente Bakterien haben als
Überlebensstrategie gelernt, sich der Wirkung verschiedener Antibiotika
zu entziehen – sie haben Abwehrmechanismen gebildet. Nicht alle sind für
den Menschen gefährlich, doch können sie ihre Resistenzgene auch an
krankmachende Erreger weitergeben. So gibt es immer mehr
widerstandsfähige Keime in der Umwelt. „Wenn sich die Bakterien
verbreiten, kommt der Mensch auch immer häufiger mit ihnen in Kontakt.
Gehen wir nicht gegen die Verbreitung vor, gibt es am Ende immer weniger
Antibiotika oder sogar keine Wirkstoffe, mit denen wir eine Erkrankung
dieser Bakterien bekämpfen können“, sagt Professor Thomas Schwartz vom
Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT.

Der Mikrobiologe und sein Team untersuchen in
Gewässern das Vorkommen und die Verbreitung klinisch relevanter
Antibiotikaresistenzen und Bakterien, die vor allem für Menschen mit
geschwächtem Immunsystem, Kleinkinder und alte Menschen eine Gefahr
darstellen können. „Resistente Bakterien gelangen über das Abwasser von
Kliniken und Pflegeheimen, häuslichen Bereichen, Schlachthöfen und
Landwirtschaft in Kläranlagen. Hier konnten wir die Bakterien nicht nur
in den Zuläufen, sondern auch in den Abläufen nachweisen“, so Schwartz.
Die derzeitige Abwasseraufbereitung filtere also nur einen Teil der
Bakterien heraus, der Rest werde mit dem aufbereiteten Wasser in Flüsse
und Bäche geleitet. 

Deshalb testen und bewerten die
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene Methoden für
Kläranlagen, um gerade diese kritischen Erreger aus dem Wasser zu
entfernen: eine Ultrafiltrationsanlage, eine Ozon- sowie eine
UV-Behandlung, eine Kombination aus beiden und eine
Aktivkohlebehandlung. „Bei der Ultrafiltration, bei der das Wasser durch
extrem feine Membranstränge fließt, gelingt es uns, die
antibiotikaresistenten Bakterien so weit zu reduzieren, dass wir sie
kaum mehr nachweisen können. Mit der Ozonbehandlung – auch in
Kombination mit UV-Strahlen – ist eine geringere, aber auch
vielversprechende Reduktion der Keime möglich. Bei der Aktivkohle
konnten wir keine effektive Veränderung, das heißt keine Reduktion,
feststellen“, zeigt der Mikrobiologe die bisherigen Ergebnisse auf.

Innerhalb HyReKA wollen die Wissenschaftler
die Ultrafiltrationsanlage serienreif machen und die Ozon- und
UV-Behandlung weiter optimieren, um die Reduktionsleistung zu steigern.
Die Forscherinnen und Forscher des KIT erstellen außerdem ein
Bewertungskonzept für die einzelnen Verfahren, sodass die
Untersuchungsparameter auch auf andere Maßnahmen zur Abwasserbehandlung
anwendbar sind. „So könnten wir Kliniken, Pflegeheime oder auch
landwirtschaftliche Bereiche, die ebenfalls aufgrund des hohen Einsatzes
von Antibiotika ein hohes Risiko für resistente Bakterien vermuten
lassen, mit diesen Techniken ausstatten, um auch die
Belastungssituationen an kommunalen Kläranlagen zu reduzieren“, blickt
Schwartz in die Zukunft.

HyReKA

HyReKA steht kurz für „Biologische
beziehungsweise hygienisch-medizinische Relevanz und Kontrolle
Antibiotika-resistenter Krankheitserreger in klinischen,
landwirtschaftlichen und kommunalen Abwässern und deren Bedeutung in
Rohwässern“. Der Forschungsverbund will einen aktiven Beitrag zum
umweltbezogenen Gesundheitsschutz der Bevölkerung leisten. Zu seinen
Zielen gehört, den Eintrag antibiotikaresistenter Bakterien und
Antibiotikarückstände in die Umwelt zu untersuchen, deren
Verbreitungswege, Risikopotenziale und Übertragungsrisiken abzuschätzen,
technische Verfahren der Abwasseraufbereitung an Kläranlagen zu
entwickeln und Handlungsempfehlungen zu formulieren. Der Verbund setzt
sich aus Forschern verschiedener Fachrichtungen wie Medizin, Biologie,
Geografie, Ingenieurwesen, Agrarwissenschaft, Lebensmitteltechnologie
und Ernährungswissenschaft sowie Partnern aus kommunalen
Wasserwirtschaftsbetrieben und der Industrie zusammen.

Zu den Forschungspartnern des
Verbundprojektes HyReKA zählen neben dem KIT das Universitätsklinikum
Bonn, die Universität Bonn, die Technische Universität Dresden, die RWTH
Aachen, das Umweltbundesamt (UBA), das Technologiezentrum Wasser in
Karlsruhe (TZW) und kommunale Partner, wie der Erftverband Bergheim, der
Oldenburgisch-Ostfriesische Wasserverband (OOWV), der Zweckverband
Klärwerk Steinhäule und der Industriepartner XYLEM Services GmbH.

Offener Brief der Wirtschaft zur EEG-Reform
Berlin/Bad Homburg, 31. Oktober 2013. Führende Wirtschaftsverbände, darunter der Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie e.V. (GKV), haben branchenübergreifend eine Allianz zur Neugestaltung des Erneuerbare Energien-Gesetzes EEG gebildet und in einem Offenen Brief an die Teilnehmer der Berliner Koalitionsverhandlungen zwischen CDU/CSU und SPD im Energiebereich nachdrücklich zu grundlegenden Reformmaßnahmen aufgerufen. Sie appellieren an die Verhandlungs­teilnehmer, sich für die Interessen und Bedürfnisse der im internationalen Wettbewerb stehenden Stromverbraucher einzusetzen. „Als Sofort­maßnahme ist ein Aussetzen der Förderung für Neuanlagen erforderlich“, heißt es wörtlich in dem Schreiben. Die Verfasser machen sich zudem dafür stark, das EEG so bald wie möglich insgesamt abzuschaffen und durch ein EU-konformes, marktwirtschaftlich geprägtes System zu ersetzen.

Es gehe darum, nicht nur den weiteren Anstieg der Umlage zu begrenzen, sondern die Umlage, die in Folge von Förderzusagen aus der Vergangenheit auch im kommenden Jahr erneut „deutlich steigen“ werde, wirksam zu reduzieren.

Ebenso rufen die Verbände die Bundesregierung dazu auf, umgehend in einen konstruktiven Dialog mit der EU-Kommission in Brüssel einzutreten, um jahrelanger Rechtsunsicherheit im Streit um ein mögliches Beihilfeverfahren entgegenzuwirken. Ein gleitender Einstieg in die Entlastungsregelung und eine reduzierte EEG-Umlage können die Brüsseler Bedenken abschwächen.

In der neuen Legislaturperiode darf nach den Vorstellungen der Verbände-Allianz die Finanzierung der Energiewende „nicht mehr ausschließlich über den Strompreis“ erfolgen. Die Energiewende sei eine gesamtgesellschaftliche Aufgabe. Ein „unbelasteter Neustart“ bei der Förderung der Erneuerbaren Energien, würde die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie gegenüber dem Ausland wieder stärken, die Industrie zugleich weiter an der Finanzierung der Energiewende beteiligen sowie deren Kosten transparent machen.

Die acht Verbände, die den Offenen Brief unterzeichnet haben, vertreten branchenübergreifend mehr als 10.000 deutsche Unternehmen mit ca. 2,5 Millionen Mitarbeitern und 700 Milliarden Euro Jahresumsatz.

Folgende Verbände haben den Brief gezeichnet: BDG – Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie, Düsseldorf; BVKI – Bundesverband Keramische Industrie e. V., Selb; Gesamtverband der deutschen Textil- und Modeindustrie e. V., Berlin; GKV – Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie e. V., Frankfurt am Main/Bad Homburg; Markenverband e. V., Berlin   ; wdk – Wirtschaftsverband der deutschen Kautschukindustrie e. V., Frankfurt am Main; WSM – Wirtschaftsverband Stahl- und Metallverarbeitung e. V., Düsseldorf und VKS – Verband der Kali- und Salzindustrie e. V., Berlin.

Nanostrukturen aus bisher unmöglichem Material (Foto: tuwien.at)

Wien (pte021/06.03.2018/11:30) –

Forscher der Technischen Universität Wien (TU Wien) http://tuwien.at haben eine neue Methode entwickelt, mit der sich bisher nicht
erreichbare Mischungsverhältnisse zwischen Germanium und gewünschten
Fremdatomen erreichen lassen. So entstehen neue Materialien mit deutlich
veränderten Eigenschaften.

Neue Halbleitermaterialien

"In einen Kristall gezielt Fremdatome einzubauen, um
seine Eigenschaften zu verbessern, ist eigentlich eine Standardmethode",
sagt Sven Barth vom Institut für Materialchemie der TU Wien. Unsere
moderne Elektronik beruht auf Halbleitern mit bestimmten Zusätzen – ein
Beispiel dafür sind etwa Siliziumkristalle, in die Fremdatome wie
Phosphor oder Bor eingebaut werden.

Auch das Halbleitermaterial Germanium sollte seine
Eigenschaften grundlegend ändern und sich eher wie ein Metall verhalten,
wenn man eine ausreichende Menge an Zinn beimengt – das war bereits
bekannt. Doch in der Praxis war das bisher nicht zu erreichen. Naiv
betrachtet, könnte man einfach versuchen, die beiden Elemente stark zu
erhitzen, sie in flüssiger Form gut durchzumischen und dann erstarren zu
lassen, wie man das seit Jahrtausenden macht, um einfache
Metall-Legierungen herzustellen.

"Diese einfache thermodynamische Methode versagt aber
in diesem Fall, weil sich die beigemischten Atome nicht effizient ins
Gittersystem des Kristalls einfügen", erklärt Barth. "Je höher die
Temperatur, umso beweglicher sind die Atome im Material. Das kann dazu
führen, dass sich diese Fremdatome nach einem erfolgreichen Einbau aus
dem Kristall ausscheiden und im Inneren wieder nur eine sehr geringe
Konzentration dieser Atome zu finden ist."

Innovative Mikroelektronik

Das Verfahren der Forscher liefert ein besonders
schnelles Kristallwachstum mit sehr niedrigen Prozesstemperaturen. Dabei
wird bei der Entstehung des Kristalls laufend die richtige Menge der
Fremdatome eingebaut. Die Kristalle wachsen in Form von Drähtchen oder
Stäbchen im Nano-Format, und zwar bei deutlich geringeren Temperaturen
als bisher, nämlich bloß 140 bis 230 Grad Celsius.

"Dadurch sind die eingebauten Atome von Anfang an
weniger beweglich, die Diffusionsprozesse sind langsam, die meisten
Atome bleiben dort, wo man sie haben will", so Barth. Mit der Methode
gelang es, bis zu 28 Prozent Zinn beziehungsweise 3,5 Prozent Gallium in
Germanium einzubauen. Das ist viel mehr, als bisher durch gewöhnliche
thermodynamische Kombination dieser Materialien möglich war – nämlich
das 30- bis 50-Fache.

Für die Mikroelektronik eröffnet das neue
Möglichkeiten: Die dank des neuen Ansatzes erzeugten Materialien wären
etwa für Infrarot-Laser, für Photodetektoren oder neuartige LEDs im
Infrarot-Bereich einsetzbar, da sich die physikalischen Eigenschaften
des Germaniums durch diese Zusätze signifikant ändern.