Die Stabilität eines sehr leistungsfähigen und günstigen
Ausgangsmaterials für Solarzellen konnte jetzt um bis zu zwei
Größenordnungen gesteigert werden. Die Materialmanipulationen, die diese
Steigerung ermöglichen, wurden in einem vom Wissenschaftsfonds FWF
unterstützten Projekt mitentwickelt – und ihr "Geheimnis" vor kurzem in
Nano Letters publiziert.

Bleihaltige Perowskite sind der Darling der Solarzellen-Forschung: Das
kristalline Material bietet sich für günstige Herstellungsverfahren an
und hat mit über 20 Prozent einen enorm hohen Wirkungsgrad in
vergleichsweise kurzer Zeit erreicht. Ein wesentlicher Nachteil des
Materials bleibt jedoch seine Instabilität. Dass diese durch geschicktes
Dotieren mit Chlorid-Ionen deutlich verringert werden kann, zeigte vor
kurzem ein Erwin-Schrödinger-Stipendiat des FWF in einer Zusammenarbeit
mit Forscherinnen und Forschern rund um Aaron Fafarman von der Drexel
University in Philadelphia, USA.

HOCHDOTIERT

David Egger, der sein Stipendium zum Aufenthalt am Department of
Materials and Interfaces des Weizmann-Instituts für Wissenschaft in
Israel nutzt, konnte mit seinen Kolleginnen und Kollegen zeigen, dass
bestimmte Perowskite sich mit Chlorid anreichern (dotieren) lassen – und
dies die Lebensdauer des funktionellen Materials unter bestimmten
Bedingungen um bis zu zwei Größenordnungen steigert.

Dazu Egger: "Wir untersuchten Perowskite aus Cäsium, Blei und Jodid. Ein
Problem ist die Stabilität der für Anwendungen interessanten Phase
dieses Materials bei praktisch relevanten Bedingungen, bei welchen in
einem Phasenübergang die hervorragenden fotovoltaischen Vorteile sofort
verloren gehen."

VORAHNUNG

Tatsächlich gab es bereits Hinweise aus Arbeiten mit Perowskiten, die
statt Jodid Chlor-Ionen enthielten und ahnen ließen, dass eine
Chlorid-Anreicherung des Materials dessen Stabilität erhöhen würde. Doch
stellte sich heraus, dass die Chlorid-Anreicherung von Jodid-haltigen
Perowskiten ausgesprochen schwierig ist.

Egger, seine Kolleginnen und Kollegen wählten einen interdisziplinären
Zugang um dennoch herauszufinden, ob Chlorid sich positiv auf die
Stabilität cäsiumhaltiger Perowskite auswirken würde. "Einerseits
konnten wir mit atomistischen Simulationen zeigen, dass sich Chlorid
schnell im Material bewegen kann, leicht in dieses einzubauen ist und
dessen Stabilität erhöhen würde. Unsere Kollegen entwarfen schließlich
experimentell andererseits einen neuen Herstellungsprozess, um Chlor ins
Material einzubringen, was mit einem chemischen Sinterprozess auch
gelang", erläutert Egger die internationale Zusammenarbeit zwischen dem
Weizmann-Institut in Israel und Forscherinnen und Forschern der Drexel
University und University of Pennsylvania in den USA.

ÜBERRASCHUNG

Überrascht war das Forscherteam dann, als es die Stabilität des neu
entstandenen Cäsium-Blei-Jodid-Chlorid analysierte. Da die neuartigen
Perowskite oftmals besonders instabil im Kontakt mit Wasser sind,
untersuchten sie die Stabilität der neuen Materialmischungen bei
verschiedenen Luftfeuchtigkeiten. Tatsächlich zeigte das neue Material
bei 54 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit eine sechsfach längere
Halbwertzeit als Kontrollmaterialien ohne Chlorid-Dotierung. Bei einer
geringeren Luftfeuchtigkeit von elf Prozent verlängerte sich die
Halbwertzeit sogar weiter. Dazu Egger: "Die Verlängerung der
Halbwertzeit der für Solarzellen interessanten Phase war bei elf Prozent
Luftfeuchtigkeit so enorm, dass wir innerhalb der durch unsere
Gerätevoraussetzungen maximal möglichen 96 Stunden keinen Phasenübergang
des Cäsium-Blei-Jodid-Chlorid mehr messen konnten. Bei undotiertem
Material hingegen passierte dies jedoch viel schneller, womit wir eine
Verlängerung der Halbwertzeit um mindestens zwei Größenordnungen
bestätigen konnten." Indem sie Ergebnisse aus Experiment und Theorie
erneut kombinierten, bestimmte das Forscherteam dann den Anteil der
Chlor-Ionen in dem neu hergestellten Material und stellte fest, dass
eine Anreicherung über zwei Prozent hinaus nicht möglich ist.

Insgesamt liefern diese grundlegenden Erkenntnisse, die Egger mit seinen
Kolleginnen und Kollegen im Rahmen seines Erwin-Schrödinger-Stipendiums
des FWF erarbeiten konnte, jetzt einen frischen Ansatz, um das enorme
Potenzial von Solarzellen auf Perowskit-Basis tatsächlich praktisch
nutzbar zu machen.

Längere Laufzeiten für europäische Kernkraftwerke
Internationaler Workshop im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (15. –
16.01.2014)

Rund um Deutschland entstehen neue Kernkraftwerke und werden die
Laufzeiten für vorhandene Anlagen verlängert. Deshalb ist es wichtig,
dass auch in Zukunft deutsche Experten die Sicherheit der Kernkraftwerke
in unseren Nachbarländern bewerten können, unabhängig vom
Ausstiegsbeschluss der deutschen Regierung. So sind auch Wissenschaftler
aus Deutschland an dem von der Europäischen Union mit rund 2,7 Mio. Euro
geförderten Projekt LONGLIFE beteiligt. Die Projektpartner haben
untersucht, wie Druckbehälter von Kernkraftwerken altern und
präsentieren ihre Ergebnisse auf einem internationalen Workshop, an dem
über 70 Experten aus aller Welt teilnehmen. Das EU-Projekt wurde vom
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) koordiniert.

Europäische Kernkraftwerke sind in der Regel für einen Betrieb von circa
40 Jahren ausgelegt. Unabhängig von der Energiewende und dem damit
verbundenen Ausstiegsbeschluss in Deutschland werden weltweit die
Voraussetzungen für längere Laufzeiten der Kernkraftwerke (60 bis 80
Jahre) geschaffen.

Auch bei längeren Laufzeiten dürfen Alterungseffekte in den
Reaktormaterialien die Sicherheit der Kernkraftwerke nicht
beeinträchtigen. Der Zustand der Werkstoffe wird daher regelmäßig
überwacht. Im Laufe des Betriebs verändern die Reaktormaterialien durch
die hochenergetische Neutronenstrahlung, die bei der Kernspaltung im
Reaktor entsteht, allmählich ihre mechanischen Eigenschaften und
verlieren an Zähigkeit – sie werden spröde. Dieser Versprödungseffekt
wird durch die auf atomarer Ebene stattfindende Wechselwirkung der
Neutronen mit dem Metallgitter der Werkstoffe hervorgerufen und spiegelt
sich etwa im Bruchverhalten von Materialproben wider.

Bei längeren Laufzeiten sind die Materialien insgesamt einer höheren
Neutronendosis ausgesetzt. Welchen Einfluss hat dies auf die
Materialien? Sind die Verfahren und Vorhersagemodelle, mit denen die
Versprödung bisher überwacht wird, auch für den Langzeitbetrieb von
Kernkraftwerken geeignet oder müssen sie angepasst werden? Diese Fragen
standen im Mittelpunkt des EU-Projektes LONGLIFE, an dem 16 Partner aus
neun europäischen Ländern beteiligt gewesen sind.

Die Versprödung im Langzeitbetrieb wurde anhand einer Vielzahl
unterschiedlich bestrahlter Materialproben, die von den Projektpartnern
bereitgestellt wurden, untersucht. Dabei können die mechanischen
Eigenschaften bestrahlter Werkstoffe nur in „heißen Zellen“, wie sie am
HZDR vorhanden sind, getestet werden. Besonders interessiert sind die
Forscher dabei an dem Einfluss, den die Intensität der Bestrahlung (der
sogenannte Neutronenfluss) in einer bestimmten Zeit auf die Materialien
hat. So zeigen Materialien, die über viele Jahre mit einem niedrigen
Neutronenfluss bestrahlt wurden, andere Veränderungen auf atomarer Ebene
als Werkstoffe, die über einen kürzeren Zeitraum einem hohen
Neutronenfluss ausgesetzt waren. Dieser und andere für die
Langzeitbestrahlung bedeutsamen Effekte können nun bei der Überwachung
der Alterung der Materialien berücksichtigt werden. Eine entsprechende
Richtlinie wurde im Rahmen von LONGLIFE erarbeitet.

Abwasser wird zur echten Stromquelle
Hightech erzielt mehr Ausbeute als Aufbereitungsanlagen verbrauchen
 
Brennstoffzelle: Gewinnt per Abwasser Energie (Foto: Oregon State University)

Corvallis (pte002/16.08.2012/06:05) – Forschern an der Oregon State University (OSU) ist ein Durchbruch bei mikrobiellen Brennstoffzellen, die Strom aus der Abwasseraufbereitung gewinnen, gelungen. "Wenn unsere Technologie auf kommerziellen Skalen so funktioniert, wie wir annehmen, kann die Abwasseraufbereitung ein großer Stromlieferant werden statt ein großer Energieverbraucher", sagt Hong Liu, Extraordinarius am OSU Department of Biological and Ecological Engineering http://bee.oregonstate.edu . Denn die Stromausbeute liegt bis zu 100 Mal höher als bei bisherigen mikrobiellen Brennstoffzellen.

Bekannter Ansatz, neue Dimension

Die Idee, mithilfe mikrobieller Brennstoffzellen Strom aus Abwasser zu gewinnen, ist nicht neu. Britische Forscher beispielsweise wollen mit diesem Ansatz zur Energieversorgung von Freiluftveranstaltungen beitragen (pressetext berichtete: http://pte.com/news/20100729004 ). Auch das OSU-Team arbeitet bereits seit Jahren an seinem Ansatz, bei dem Bakterien organisches Material oxidieren und Elektronen freisetzen, die von der Anode zur Kathode laufen.

Diese Technologie haben die Forscher verfeinert und so einen Durchbruch erzielt. Mithilfe eines veränderten Anoden-Kathoden-Abstands, effektiverer Mikroben und neuen Trennmaterialien liefert der Ansatz jetzt mehr als zwei Kilowatt Leistung pro Kubikmeter flüssigen Materials. Das ist laut OSU zehn bis 100 Mal mehr, als bisher mit mikrobiellen Brennstoffzellen erreicht wird. Damit hofft das Team die Tür zu einer Zukunft aufzustoßen, in der Aufbereitungsanlagen mehr Strom produzieren, als sie selbst im Betrieb verbrauchen – also Energielieferanten werden.

Pilotprojekt angestrebt

Im Labor hat sich die Technologie bereits bewährt, jetzt werden Geldgeber und Partner für ein Pilotprojekt gesucht. Ein guter Kandidat ist Liu zufolge eine Anlage der Nahrungsmittelindustrie, da hier in einem geschlossenen System laufend bestimmte Abwässer anfallen, aus denen viel Strom zu gewinnen wäre. Weitere Forschung sollte dem Team zufolge auch noch bessere Mikroben finden, Materialkosten senken und ein effizienteres Funktionieren der Technologie in kommerziellen Anwendungen sichern.

Derzeit sind die Initialkosten für eine Anlage mit der OSU-Technologie noch hoch, doch die Forscher gehen davon aus, dass die Baukosten längerfristig auf ein Niveau gedrückt werden können, das mit gängigen Belebtschlamm-Kläranlagen vergleichbar ist.

Testbiotech veröffentlicht Gutachten zur Stärkung der unabhängigen Risikoforschung
Ausreichende Anreize für Forschung und Partizipation der Zivilgesellschaft als wichtige Eckpunkte 20. August 2018 / Testbiotech veröffentlicht heute ein
Rechtsgutachten, das sich mit den rechtlichen und finanziellen
Rahmenbedingungen einer Förderung der unabhängigen Risikoforschung im
Bereich der Gentechnologie befasst. Wichtige Eckpunkte des
Rechtsgutachtens sind: (1) Der Staat ist dazu verpflichtet, eine
systematische und vorsorgeorientierte Forschung zu etablieren. (2) Zur
Erfüllung dieser Aufgabe wäre die Erhebung einer sogenannten
nicht-steuerlichen Sonderabgabe gerechtfertigt, die die Industrie in die
Pflicht nimmt. (3) Bei der Vergabe der Mittel eines entsprechenden
Fonds kann ein Beirat, dem beispielsweise Verbraucher- und
Umweltschutzverbände angehören, beteiligt werden. Wie das Gutachten zeigt, ist die gesetzlich geforderte Unabhängigkeit
der Risikoforschung im Bereich der Gentechnik derzeit kaum erreichbar,
da viele Wissenschaftler und Experten u.a. über Drittmittelforschung mit
der Biotech-Industrie verbunden sind. Auch staatliche
Forschungs­programme haben in der Regel ein vorwiegendes Interesse an
Technologieentwicklung und Förderung von Innovation. Im Ergebnis ist die
Balance zwischen den Vermarktungsinteressen der Industrie und den
Zielen eines vorbeugenden Schutzes von Mensch und Natur erheblich
gestört.

Das Gutachten zeigt, wie geeignete Anreize für eine verbesserte
Risikoforschung geschaffen werden können, um Umwelt- und
Verbraucherschutz zu stärken. Ein Entwurf des Gutachtens wurde bereits
2017 auf einem Workshop in Berlin präsentiert, an dem u.a. Abgeordnete
des Bundestages sowie Mitarbeiter des Instituts für
Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) in Karlsruhe
teilnahmen.

Anlass für die Veröffentlichung des Gutachtens ist die Diskussion rund
um die „Fachstelle Gentechnik und Umwelt“. Dieses Projekt soll helfen,
einige Lücken im Bereich der vorsorge­orientierten Risikoforschung zu
schließen. Dafür werden vorhandene Publikationen und die aktuelle
Entwicklung konsequent unter der Perspektive des Vorsorgeprinzips und
dem Schutz von Mensch und Umwelt bewertet. Das Forschungsprojekt ist
auch im Hinblick auf Partizipation der Zivilgesellschaft ein wichtiges
Pilotprojekt.

„Die Einmischung der Zivilgesellschaft stößt nicht überall auf
Zustimmung. Derzeit sehen wir in den sozialen Netzwerken und sogar
manchen Medien den Versuch, Testbiotech deswegen zu diffamieren. Man
versucht, uns mit der Gentechnik-Lobby auf eine Stufe zu stellen“, sagt
Christoph Then für Testbiotech. „Aber wir haben in den letzten zehn
Jahren die Erfahrung gemacht, dass die Risiken der Gentechnik eben nur
dann genauer untersucht werden, wenn die Zivilgesellschaft sich
einmischt.“

Allerdings zeigt das Gutachten auch, dass in Zukunft weitergehendere
Maßnahmen ergriffen werden müssen, um die gesetzliche Verpflichtung zur
Durchführung einer systematischen und vorsorgeorientierten Forschung zu
erfüllen. Nur ausreichend ausgestattete Forschungsprogramme könnten
einen nennenswerten Anreiz ausüben, so dass die etablierte Forschung
sich stärker mit Risikofragen beschäftigt. Von entsprechenden Anreizen
würden auch der Staat und die Behörden profitieren: Auch die Europäische
Lebensmittelbehörde EFSA hat bereits mehrfach beklagt, dass es
schwierig ist, Experten zu finden, die die nötige Expertise,
gleichzeitig aber keine Verbindung zur Biotech-Industrie haben. Kontakt: Christoph Then, Tel 0151 54638040, info@testbiotech.org

Erster Pkw-Sommerreifen im Guinness-Verzeichnis der Rekorde eingetragen

Hannover (pts/12.07.2007/11:00) – Der ContiSportContact Vmax, der seine Leistungsfähigkeit bis zu 360 km/h bereits mehrfach unter Beweis gestellt hat, ist jetzt als der schnellste Serienreifen der Welt ins Guinness-Verzeichnis der Rekorde eingetragen worden. Die unabhängige technische Dokumentation des Rekordversuchs, die vor kurzem in München abgeschlossen wurde, haben die Zertifizierungsfachleute der TÜV Süd Automotive GmbH, München übernommen. Der vom Guinness-Buch-Verlag anerkannte Rekord wird voraussichtlich in der neuen Auflage des Buches veröffentlicht und im Internet unter www.guinnessworldrecords.com zu finden sein. Continental hat den ersten bis 360 km/h zugelassenen Straßenreifen der Welt seit 2004 im Lieferprogramm. Er wurde speziell für ultraschnelle Super-Sportwagen im Tuningbereich konzipiert. Bei der Entwicklung des Hightech-Reifens hat Continental auf Kenntnisse zurückgreifen können, die die Techniker des führenden deutschen Reifenherstellers in Zusammenarbeit mit führenden Sportwagenherstellern und Tunern gewonnen haben – ein Engagement in der Formel 1 oder anderen Rennserien war dafür nicht erforderlich. Jan Fatthauer, Eigentümer des Porsche-Veredelers 9ff, hält mit seinen unter Testbedingungen auf dem ContiSportContact Vmax erzielten 388 km/h derzeit den Rekord für das schnellste Straßen zugelassene Fahrzeug der Welt.

Moderne Sportwagen sind inzwischen mit genug PS ausgestattet, um Geschwindigkeiten zu fahren, die nicht einmal von Rennwagen erreicht werden. Exklusive Modelle von Spitzentunern machen 360 km/h und mehr möglich. Speziell für diese Fahrzeuggruppe hat Continental den ContiSportContact Vmax entwickelt.

Ausgangsbasis für den Supersportreifen ist die erfolgreiche ContiSportContact-Produktfamilie, deren Modell ContiSportContact Vmax auf ein deutliches Plus bei den Hochgeschwindigkeits-Eigenschaften hin weiterentwickelt wurde. Dabei legten die Reifenentwickler ihren Fokus vor allem auf eine wirkungsvolle Kühlung des Reifens bei gleichzeitig guten Handling- und Nässeeigenschaften. "Bei der Entwicklung eines solchen Straßen zugelassenen Hightech-Reifens haben wir auf Erfahrungen zurückgreifen können, die wir durch die Konzeption von Hochleistungsreifen für die Erstausrüstung und unsere Technologiepartner im Tuningbereich gewonnen haben", berichtet Holger Berkmann, Reifenentwickler von Continental. "Anleihen aus der Formel 1 sind hier nicht zielführend, da Straßen zugelassene Hochgeschwindigkeitsreifen Grip auf nasser und trockener Straße aufbauen müssen und eine angemessene Laufleistung ebenfalls erwartet wird." Voraussetzung für einen Eintrag im Guinness-Buch ist die Zertifizierung des Rekords durch unabhängige Experten.

Der ContiSportContact Vmax ist weltweit der erste Serienreifen, der bis 360 km/h zugelassen ist. Dies dokumentiert der neue Supersportler aus Hannover auch auf seiner Seitenwand, die neben dem bekannten Schriftzug ContiSportContact auch das Kürzel Vmax trägt. In der Betriebskennung ist für den neuen Supersport-Reifen das klassische "ZR" angegeben (frei über 240 km/h), da die Geschwindigkeitsskala für Reifen bislang bei "Y" (frei bis 300 km/h) endet.

Unter kontrollierten Versuchsbedingungen sind mit dem Supersportreifen aus Hannover auch höhere Geschwindigkeiten möglich – den bisherigen Rekord erreichte der Porsche GT3 des Sportwagen-Tuners 9ff mit Firmeninhaber Jan Fatthauer am Steuer im süditalienischen Nardó im Dezember 2004 mit einer Höchstgeschwindigkeit von 388 km/h. Auch der Rekord für das schnellste Cabriolet der Welt – ebenfalls auf einem Porsche von 9ff mit Jan Fatthauer am Steuer – wurde im Oktober 2006 mit 380,5 km/h auf dem ContiSportContact Vmax erfahren.

Der Continental-Konzern ist ein führender Automobilzulieferer und Anbieter für Reifen, Bremssysteme, Fahrwerkkomponenten, Fahrzeugelektronik und Technische Elastomere. Das Unternehmen erzielte im Jahr 2006 einen Umsatz von 14,9 Milliarden Euro und beschäftigt derzeit weltweit rund 87.000 Mitarbeiter.

Die Reifen-Divisionen sind ein Offizieller Sponsor der UEFA EURO 2008TM, die im Juni 2008 in Österreich und der Schweiz stattfindet, und der UEFA U21 Europameisterschaft, die im Juni 2007 in Holland stattfand. Ausführliche Informationen hierzu finden Sie unter www.ContiSoccerWorld.de, www.contifanworld.com und www.conti-online.com.

Solarstrom: Neue Keramik bietet mehr Power

Wärmestrahlen der Sonne werden durch Aluminiumnitrid und Siliziumkarbid besser absorbiert

Moskau/Kairo (pte003/05.12.2018/06:10) – Poröse Keramik, die 40
Prozent Aluminiumnitrid und 60 Prozent Siliziumkarbid enthält, hat sich
als optimal für den Einsatz in Solarturmkraftwerken herausgestellt.
Entwickelt wurden die extrem harten, verschleißarmen und
hochtemperaturfesten Bauteile von Forschern der National University of
Science and Technology http://en.misis.ru und des Central Metallurgical R&D Institute http://www.cmrdi.sci.eg in Kairo.

Mehr als 600 Grad Celsius

Die Wissenschaftler haben einen Raum an der Spitze eines Turmes mit dem
neuen Material ausgefüllt. Heliostate, die rundherum angeordnet sind,
konzentrieren die Wärmestrahlen der Sonne auf diesen Receiver genannten
Raum. Dort entstehen Temperaturen von mehr als 600 Grad Celsius. Diese
Energie wird mithilfe von hindurch strömender Luft zu einem
Wärmetauscher transportiert.

Hier heizt die Luft Wasser auf, das sich in Dampf verwandelt, sodass es
einen Turbogenerator zur Stromerzeugung antreibt. Der Charme dieser
Lösung: Der Dampf ist so heiß, dass die gleichen Turbogeneratoren
eingesetzt werden können wie in Kohle- oder Kernkraftwerken. Es sind
keine äußerst teuren Sondermaschinen nötig wie bei
Parabolrinnenkraftwerken, die auf gerade einmal 300 Grad Celsius kommen.

Keramik unter hohem Stress

Die keramischen Formkörper sind wegen der großen Hitze und der
durchströmenden Luft hohem Stress ausgesetzt, der die Lebensdauer der
Anlage verkürzt. Die Neuentwicklung wird die Betriebsdauer der damit
ausgestatteten Solarkraftwerke deutlich erhöhen, sagen die Forscher.
"Solarkraftwerke benötigen haltbare Materialien ohne Fehlstellen", sagt
Emad Ewais vom Kairoer Forschungsinstitut. Im Labor ist die
Standfestigkeit bereits erwiesen. "Jetzt wollen wir die Formkörper in
Solaranlagen im täglichen Einsatz testen", so Ewais. Wo die Versuche
stattfinden, ist noch nicht klar. Ägypten hat noch kein
Solarturmkraftwerk, jedoch große Pläne zum Ausbau der Solarenergie.

Tests könnten beispielweise in Jülich stattfinden. Dort betreibt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt http://dlr.de eine große Testanlage, in der neue Verwendungsmöglichkeiten für
konzentrierte solare Wärme entwickelt werden, etwa die Spaltung von
Wasser in Wasser- und Sauerstoff. Dort werden auch neue
Receiver-Konzepte entwickelt.

Muster für neue Turbo-Katalysatoren entdeckt

Phänomen bei Metall-Legierungen könnte die Synthese von Chemikalien revolutionieren

Illustration einer isolierten Atomlegierung (Bild: "Nature Chemistry")

Werbung

Mülheim an der Ruhr (pte016/03.10.2018/12:30) – Max-Planck-Forscher http://mpg.de haben bei sogenannten Metall-Legierungen ein Phänomen entdeckt, das die
Synthese von Chemikalien durch neue Formen von
Hochleistungs-Katalysatoren künftig revolutionieren könnte. Denn bisher
lassen sich einige Stoffe nicht effizient herstellen, da die hierfür
benötigten Katalysatoren noch nicht existieren.

Chemische Industrie profitiert

Wird einem Metall eine sehr kleine Menge eines anderen hinzugefügt,
verändern sich die Eigenschaften des beigemischten Elements drastisch
sowie seine Interaktion mit Molekülen, so die Wissenschaftler. "Dieses
Ergebnis ist besonders interessant für die chemische Industrie, wo die
Effizienz der chemischen Produktion oft davon abhängt, wie Moleküle mit
Metallkatalysatoren interagieren", heißt es in dem in der
Fachzeitschrift "Nature Chemistry" publizierten Fachbeitrag. Das Team
hat konkret ermittelt, dass eine verdünnte Mischung aus Kupfer und
Silber zu bestimmten Eigenschaften führt, die freien isolierten Atomen
ähneln.

Die Natur verwendet isolierte Metallatome in biologischen Katalysatoren.
Diese fein abgestimmten Katalysatoren sind bekannt für ihre
katalytische Effizienz. Industriekatalysatoren müssen sich dieses
Phänomen zunutze machen, da sie unter viel härteren Bedingungen arbeiten
müssen als biologische Systeme. Die industrielle Katalyse muss sich auf
weniger effiziente anorganische Materialien in Form von makroskopischen
Partikeln stützen. Durch die Nutzung der Eigenschaften isolierter Atome
ist es möglich, dass katalytische Effizienz der industriellen
Katalysatoren mit biologischen Systemen konkurrieren kann.

NASA arbeitet an Warp-Antrieb
Wissenschaftler halten Umsetzung für möglich
 
Warp-Antrieb: verzerrt die Raumzeit (Foto: Wikipedia, gemeinfrei)

Houston (pte004/19.09.2012/06:15) – Die US-Raumfahrtsbehörde NASA http://www.nasa.gov hat grünes Licht für die Erforschung von Warp-Antrieben gegeben, wie Gizmodo berichtet. Wissenschaftler sollen versuchen, eine mikroskopisch kleine Warp-Blase im Labor zu erzeugen und so die entsprechenden Theorien bestätigen. Solche Blasen verzerren die Raumzeit und ermöglichen dadurch theoretisch überlichtschnelle Reisen, ohne Einsteins Relativitätstheorie zu verletzen, nach der nichts schneller sein kann als das Licht. "Vielleicht ist eine Star-Trek-Erfahrung noch zu unseren Lebzeiten gar nicht so unwahrscheinlich", sagt Projektleiter Harold White. Bis dahin ist es freilich noch ein sehr weiter Weg.

Theoretisch möglich

"Ein Wissenschaftler hat theoretisch ausgearbeitet, dass ein Warp-Antrieb möglich wäre, der die Raumzeit vor einem Objekt staucht und sie dahinter dehnt. So kann ein Objekt scheinbar schneller als das Licht reisen, ohne sich eigentlich schnell zu bewegen. Das heißt aber nicht, dass die Idee auch technisch umsetzbar ist. Selbst wenn das Konzept im kleinen Labormaßstab realisiert werden könnte, wäre ein Raumschiff noch ein ganz anderes Thema. Andrerseits gibt die NASA für Projekte, die komplett an den Haaren herbeigezogen sind, kein Geld aus. Sag also niemals nie", so Physiker Heinz Oberhummer http://bit.ly/U8frVB im Gespräch mit pressetext.

Die Wissenschaftler um White versuchen im Johnson Space Center in Houston den experimentellen Beweis für die theoretisch mögliche Raumzeitverzerrung zu finden. Ursprünglich waren Forscher davon ausgegangen, dass für die Erzeugung einer nutzbaren Warp-Blase enorme Mengen exotischer Materie notwendig wären, für einen funktionierenden Antrieb etwa eine Kugel in der Größe des Jupiters. Neue Berechnungen der NASA haben ergeben, dass diese Menge deutlich reduziert werden kann. Schon 500 Kilogramm sollen ausreichen, um eine zehn-Meter-Blase effektiv mit zehnfacher Lichtgeschwindigkeit zu bewegen.

Keine geeigneten Kandidaten

"Die exotische Materie bräuchte die Eigenschaft, dass Massen sich abstoßen anstatt sich anzuziehen. Leider ist ein solcher Stoff bisher nicht bekannt. Auch Antimaterie wirkt, wie jetzt bekannt ist, anziehend. Ob es einen solchen Stoff gibt, ist offen, es werden aber ständig neue Teilchen gefunden, wie etwa das Higgs-Boson", sagt Oberhummer. Ein Warp-Antrieb könne die Reisezeit zum Mars von einem Dreiviertel-Jahr auf 14 Minuten verkürzen und bisher unerreichbare Sterne in greifbare Nähe katapultieren, erklärt der Physiker.

"Die Wissenschaft schmettert neue Konzepte nicht ab, sondern untersucht sie. Viele heutzutage selbstverständliche Technologien galten früher als unrealisierbar. Ob oder bis wann eine Umsetzung möglich ist, lässt sich heute aber nicht sagen. Andere aus Star Trek bekannte Konzepte, wie Headsets, PCs, USB-Sticks, Handys und Flachbildschirme haben den Sprung in die Realität aber immerhin auch schon geschafft", erklärt Oberhummer.

Jedenfalls betreiben die NASA-Forscher derzeit Grundlagenforschung zum Thema. Sollte ihnen der Nachweis einer Warp-Blase im Labor gelingen, wäre das ein enormer Fortschritt für die Raumfahrt. "Selbst auf kleinstem Maßstab wäre ein Beweis für die Machbarkeit von Raumzeitverzerrung ein Wendepunkt für die Wissenschaft, ähnlich dem erstmaligen Nachweis einer nuklearen Kettenreaktion, die damals auch nur ein halbes Watt lieferte", sagt White. Da ein Raumschiff mit Warp-Antrieb sich nicht durch den Raum bewegt, sondern diesen um sich herum verformt, gäbe es für die Passagiere auch keine Probleme mit Beschleunigung oder anderen Unannehmlichkeiten. Bemannte interstellare Raumfahrt wäre praktikabel.

Technische Details gibt es im Bericht unter http://bit.ly/QICUpQ .

Luftfahrt: Brennstoffzelle ersetzt langfristig Batterie
Hamburg (pts007/16.04.2013/09:00) – In einer ganzen Reihe von Projekten versucht die Technologie- und Innovationsberatung Altran die derzeit insbesondere bei Boeing starke Probleme verursachende Lithium-Ionen-Batterie durch Brennstoffzellen zu ersetzen.

Langfristiges Ziel von Airbus und der Technologie- und Innovationsberatung Altran ist es, ein hybrides Triebwerk für Verkehrsflugzeuge zu entwickeln. "Zwar ist es heute noch unvorstellbar, ein tonnenschweres Flugzeug allein mit Brennstoffzellen zu starten. Denkbar ist allerdings, die Brennstoffzelle in der Luft zuzuschalten und so den Kerosinverbrauch während des Fluges weiter zu reduzieren", sagt Rüdiger Ebeling, der bei Altran an der Integration von Brennstoffzellen in die Luftfahrt forscht. Derzeit hat die Integration noch den Status eines Forschungsprojekts ohne zeitlich festgelegtes Projektfenster. Doch neben der Antriebshilfe könnte die Brennstoffzelle künftig noch eine weitere Funktion in Flugzeugen übernehmen – und hier ist der Projektfortschritt schon bemerkenswert.

Ersetzt die Brennstoffzelle schon bald ein Nottriebwerk?

Künftig soll eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle auch noch ein Nottriebwerk (die sogenannte "Ram Air Turbine", im Fliegerslang auch "Ratte" genannt) ersetzen. Bei dieser eher unbekannten Sicherheitseinrichtung in Düsenflugzeugen handelt es sich um einen mechanisch ausklappbaren Propeller, der im Falle eines Ausfalls der Triebwerke durch den Flugwind angetrieben Strom für die notwendigsten Systeme erzeugt. Diese RAT sind nicht nur aufwendig zu integrieren, sondern beeinflussen auch das Design des Flugzeugs, da die kleinen Propeller inklusiv Aufhängung und Kabel in den Tragflächen des Flugzeugs angebracht werden müssen. Könnte man auf diese Sicherheitseinrichtung verzichten, hätten die Airlines nicht nur neue Freiräume bei der Gestaltung ihrer jeweils individuell gebauten Flugzeuge, auch die Kosten würden geringer ausfallen. Und genau dieser Ersatz der RAT durch eine kleine und an die Bedingungen der Luftfahrt angepasste Brennstoffzelle wird derzeit intensiv untersucht. Sollte sich das Projekt bewähren, müsste lediglich in großen Abständen der Wasserstofftank ausgetauscht werden, um auch künftig im Notfall auf ein weiteres Sicherheitssystem zurückgreifen zu können.

Brennstoffzellen-Wasser für die Toilettenspülung?

Ein weiterer bedeutender Nebeneffekt, der die neue Technologie in die Luftfahrt treibt: Je mehr Brennstoffzellen künftig traditionell betriebene Turbinen oder Motoren ersetzen können, desto mehr Wasser steht aus den chemischen Reaktionen in der Zelle zur Verfügung. Dieses Wasser kann dann z. B. für die Toilettenspülung genutzt werden. Da das Wasser dann nicht mehr auf den Flughäfen getankt, sondern durch die Brennstoffzelle quasi erst während des Fluges "produziert" wird, reduziert dies wiederum das Gewicht des Fliegers insgesamt und steigert das mögliche Zuladungsgewicht. "Ein Kilogramm eingespartes Gewicht ist den Flugzeugherstellern bis zu 10.000 Dollar wert", sagt Rüdiger Ebeling. "Die Zahlen allein verdeutlichen, wie wertvoll es wäre, auf einige Hundert Liter Wasser verzichten zu können", so der Berater.

Brennstoffzellen-Abluft als innovatives Feuerlöschmittel

Der Einsatz von Brennstoffzellen im Flugzeug hat noch einen weiteren Vorteil: Da jede mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle neben Energie auch sauerstoffarme Luft freisetzt, kann auch diese einen sinnvollen Zweck erfüllen und für das Feuerlöschsystem des Flugzeugs verwendet werden. Noch heute wird das seit vielen Jahren – bis auf den Bereich der Flugzeuge – verbotene und gesundheitsschädliche Halon-Gas verwendet, um plötzliches Feuer im Flugzeug im Keim zu ersticken. Die sauerstoffarme Abluft der Brennstoffzelle könnte dabei noch so optimiert werden, dass den Passagieren noch genügend Sauerstoff zum Atmen bleibt, Feuer jedoch kein "Futter" zur weiteren Ausbreitung erhält. Diese Methode des "Feuerlöschens" hat sich in Bibliotheken bereits bewährt und wird nun bereits mit Hochdruck auf den Einsatz in Flugzeugen vorbereitet.

Im Rahmen der Brennstoffzellen-Projekte arbeiten die Entwicklungsingenieure in diesem Jahr beispielsweise auch an innovativen Wasserstoffsensoren. Diese wird man beim künftig geplanten Einsatz von Brennstoffzellen im Flugzeug brauchen, um gefährliche Leckagen im Flugzeug zu detektieren.

Einer der Vorteile von Wasserstoff gegenüber der heute eingesetzten Batterie: "Wenn die Batterie erst einmal angefangen hat zu brennen, ist sie kaum noch zu löschen – brennt hingegen die Brennstoffzelle, muss lediglich der Wasserstoffzufluss unterbrochen werden. "Die Brennstoffzelle ist damit nicht nur effizienter, sondern auch sicherer", sagt Dieter Klemm, bei Altran für die Weiterentwicklung von Brennstoffzellen in der Luftfahrt verantwortlich. Für den kurzfristigen Einsatz im Flieger reicht dies aber noch lange nicht: "Die Brennstoffzelle hat allerdings noch nicht die technische Reife, die sie für den regelmäßigen Einsatz in der weltweiten Luftfahrt benötigt. Dafür sind außerdem die Lebensdauer und damit die Wirtschaftlichkeit entscheidend, die wir derzeit prüfen", so der Altran-Berater. "Wir gehen davon aus, dass die Brennstoffzellen in den genannten Projekten erstmals im A30x zum Einsatz kommen werden, dem Nachfolgemodell des heutigen A320 – dieses wird in den Jahren nach 2025 erwartet."

Altran Teil des internationalen Normungsgremiums SAE

Neben den Brennstoffzellenprojekten erarbeitet Altran derzeit und mittelfristig im internationalen Normungsgremiums ("SAE") gemeinsam mit OEM wie Airbus und Boeing aber auch mit Systemlieferanten wie Liebherr oder Dassault und den Luftfahrtaufsichtsbehörden FAA und EASA eine neue Zertifizierungsgrundlage: Aktuell geht es insbesondere um die Spezifizierung von Krankenbetten und deren Installation in Verkehrsflugzeugen. Auf der Grundlage dieser Schnittstellenfunktion kann Altran spezifizieren, welche Produkte und Dienstleistungen in den kommenden Jahren überhaupt am Luftfahrtsmarkt benötigt werden.

Über Altran
Altran wurde 1982 in Paris gegründet und ist das global führende Beratungsunternehmen für Innovations- und Ingenieurdienstleistungen. Altran begleitet seine Kunden bei der Konzeption und Entwicklung neuer Produkte und Dienstleistungen und berät seit über 30 Jahren Marktführer aus den Bereichen Automobilbau, Energie, Finanzen, Healthcare, Luft- und Raumfahrt, Schienen- und Transportwesen sowie Telekommunikation. Altran deckt mit seinen Beratungsangeboten sämtliche Stufen der Projektentwicklung ab, von der strategischen Planung bis hin zur Serienreife und kann dabei auf umfangreiches Technologie-Know-how aus vier Solutions zurückgreifen: Innovative Technologies, Sustainable Products, Sustainability Concepts sowie Sustainable Enterprise Performance. Altran beschäftigt derzeit weltweit mehr als 20.000 Mitarbeiter in über 20 Ländern, bei einem Jahresumsatz der Gruppe von 1,45 Mrd. Euro im Jahr 2012. Die Aktie von Altran ist an der Euronext-Börse in Paris gelistet. In Deutschland zählt das Beratungsunternehmen rund 3.000 Mitarbeiter. Der deutsche Unternehmenssitz befindet sich in Frankfurt am Main.

Nasse Kleidung klebt unangenehm am Körper. Dieser unerwünschte
Nebeneffekt plötzlicher Regengüsse könnte in Zukunft vermieden werden –
wenn sich die Entdeckung der Wissenschaftler des Dresdner
Leibniz-Instituts für Polymerforschung durchsetzt. Den Forschern ist es
gelungen, Oberflächen durch die Beschichtung mit Polymeren so zu
strukturieren, dass sie aus jedem Wolkenbruch trocken hervorgehen (bei
Polymeren handelt es sich um chemische Verbindungen, die aus vielen
miteinander verknüpften Einheiten aufgebaut sind; Kunststoffe bestehen
aus Polymeren). Ziel des Projekts ist es, diese Technik auch bei
normalen Wollstoffen anzuwenden, was die Regenmode der Zukunft durchaus
bereichern könnte. Das Besondere liegt unter anderem darin, dass die
gleiche Oberfläche, also beispielsweise ein Pullover, sich von einem
Zustand in den anderen schalten lässt: im Regen wasserabweisend und in
der Wäsche wasseraufnehmend.

Kontakt:

Prof. Dr. Manfred Stamm

Teilinstitut für Physikalische Chemie und Physik der Polymere

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden

Hohe Straße 6

01069 Dresden