Neuer Katalysator erzeugt billigen Wasserstoff

Kobalt und Nickeloxid sowie nur ein paar Teilchen Gold lassen Effizienz massiv ansteigen

(pte001/03.12.2018/06:00) – Wenn es nach Anthony O’Mullane von der Queensland University of Technology http://qut.edu.au geht, wird Australien zum Exporteur von Wasserstoff. Eine wichtige
Voraussetzung für dieses Ziel, das auch von der Regierung des Landes
verfolgt wird, liefert die Natur: Sonne und Wind, die in elektrische
Energie umgewandelt werden können. Gemeinsam mit seinem Doktoranden hat
O’Mullane einen Katalysator entwickelt, der mit weitgehend preiswerten
Rohstoffen funktioniert.

Ganz ohne Gold geht es nicht

"Die elektrochemische Spaltung von Wasser in Wasser- und Sauerstoff
benötigt Katalysatoren, die teure Materialien enthalten wie Iridiumoxid,
Rutheniumoxid und Palladium", so O’Mullane. Sein neuer Katalysator
enthält Kobalt und Nickeloxid. Dazu kommen ein paar Teilchen Gold, die
kaum etwas kosten, weil sie nur in Spuren untergemischt werden.

Ein Problem mussten die Forscher lösen. Der Katalysator war anfangs
instabil. Er hielt nicht lange durch, so dass die Kosten trotz der
relativ günstigen Basismaterialien zu hoch zu werden drohten. Vor allem
dort, wo der frisch produzierte Sauerstoff angreifen konnte, gab es
Probleme, die die beiden lösen konnten, ohne zu verraten, wie es ihnen
gelang. Diese Lösung interessiert laut O’Mullane die Industrie, weil sie
einfach und kostengünstig sei.

Lagerung in Drucktanks oder flüssig

"Wasserstoff bietet die Möglichkeit, Überschussstrom in großen Mengen zu
speichern", weiß O’Mullane. Die Speicherung sei kein Problem. Infrage
kommen Hochdruckbehälter oder drucklose Tanks, in denen das bei minus
253 Grad Celsius flüssig werdende Gas gelagert wird. Beide Verfahren
sind allerdings energieintensiv, machen aber einen Transport auch über
große Entfernungen möglich.

Der Wasserstoff könnte in stationären oder mobilen Brennstoffzellen in
Strom zurückverwandelt werden. Die Technik sei ausgereift, sodass sie in
Autos und zur Einspeisung von Strom ins Netz eingesetzt werden könnte,
wenn die normalen Stromlieferanten den Bedarf nicht decken könnten. "Das
Einzige, was dabei emittiert wird, ist Wasser", fasst O’Mullane
zusammen.

Europäische Doktorandenschule für Fusionsforschung startet
IPP ist einer der Partner des International Doctoral College in Fusion Science and Engineering

Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald ist einer von acht Trägern der neuen Graduiertenschule "International Doctoral College in Fusion Science and Engineering" (Fusion-DC), die jetzt im Rahmen des europäischen Programms zur Ausbildungsförderung "Erasmus Mundus" genehmigt wurde. Die mit rund fünf Millionen Euro unterstützte Doktorandenschule bietet 40 Promotionsstipendien für Arbeiten auf dem Gebiet der Fusionsforschung an.

Besonderen Wert legt die Doktorandenschule auf internationalen Erfahrungsaustausch: Die ausgewählten Top-Studentinnen und -studenten werden während ihrer jeweils drei Jahre geförderten Promotionsarbeiten an unterschiedlichen Instituten und mindestens ein halbes Jahr im Ausland forschen, um die komplementären Forschungsschwerpunkte der teilnehmenden Einrichtungen optimal zu nutzen. Zu dem weltweiten Fusionsforschungs-Netzwerk, das die Träger der Doktorandenschule aufspannen, gehören neben dem IPP sieben weitere europäische Partner: die Universitäten in Gent, Lissabon, Madrid, Nancy, Padua und Stuttgart sowie das französische Fusionszentrum in Cadarache. Hinzu kommen als assoziierte Partner elf weitere europäische sowie neun außereuropäische Forschungseinrichtungen in den ITER-Mitgliedsländern China, Japan, Russland und den USA. Dieses Netzwerk bietet den Doktoranden eine kaum überbietbare Vielfalt aktuellster Themen der Fusionsforschung – die Nachwuchswissenschaftler werden während ihrer Ausbildung an den wesentlichen physikalischen und technischen Herausforderungen auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk arbeiten. Nach dem Vorbild der Sonne soll es aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen.

Ab Mitte Oktober können sich Physik- und Ingenieurstudenten aus der ganzen Welt um die Stipendien bewerben. "Sie werden dabei nicht nur von der finanziellen Förderung, sondern auch von der breiten Themen- und Expertenpalette des Netzwerks profitieren", meint Professor Dr. Jean-Marie Noterdaeme, der im IPP für die Graduiertenschule zuständig ist: "Die Studentinnen und Studenten können sich für ihre spezielle Forschungsaufgabe zum Beispiel die am besten geeignete Versuchsanlage aussuchen und mit einer andernorts verfügbaren Theorie-Expertise ergänzen. Zudem haben sie Gelegenheit, unterschiedliche Wissenschaftskulturen kennenzulernen." Für die Arbeit an den modernen Fusionsanlagen, insbesondere am internationalen Testreaktor ITER, der zurzeit in weltweiter Kooperation aufgebaut wird, ist das ein gutes Training: Der Bau und Betrieb von ITER wird aus ihren Heimatlaboratorien abgeordnete Ingenieure und Wissenschaftler aus aller Welt in Cadarache zusammenführen.                                                      

bei der
Entwicklung klimafreundlicher Fahrzeugtechnologien wollen Deutschland
und China zukünftig enger zusammenarbeiten. Das Karlsruher Institut für
Technologie (KIT) und die Tongji-Universität in Shanghai erforschen
deshalb standardisierbare Methoden für eine gemeinsame
Technologieentwicklung an räumlich verteilten Standorten. In dem vom
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der chinesischen
Regierung geförderten Forschungsprojekt Projekt MovE2China werden
Ingenieure in Deutschland und China gleichzeitig an der Validierung von
elektrifizierten Antriebssystemen in Brennstoffzellenfahrzeugen
arbeiten.

Globale
Fertigungsketten in der Industrie sind nichts Ungewöhnliches:
Automobilhersteller produzieren Fahrzeuge aus vorgefertigten
Teilsystemen, die oft an ganz unterschiedlichen Standorten weltweit
hergestellt werden. Die Entwicklungsarbeit erfolgt dagegen in der Regel
an einem Standort. Traditionell wird ein Fahrzeug nach den Vorstellungen
eines Herstellers gemäß den jeweils spezifischen Ansprüchen und
regulatorischen Vorgaben in den jeweiligen Zielmärkten entwickelt. „In
unserer globalisierten Welt ist das ein Anachronismus“,

sagt Professor Albert
Albers, Leiter des IPEK – Institut für Produktentwicklung am KIT. „Die
CO2-Problematik etwa geht uns alle etwas an und wir müssen hier globale
Lösungen finden, die sich regional anpassen lassen. Wir wollen deshalb
mit unserer Forschung bereits bei der Entwicklung mehr Flexibilität und
internationalen Austausch ermöglichen.“ Um dieses Ziel zu erreichen,
wird das IPEK – Institut für Produktentwicklung in Kooperation mit dem
Clean Energy Automotive Engineering Centre (CEAEC) an der Tongji
Universität Shanghai in China nun Validierungsmethoden und -umgebungen
entwickeln, die auch über die Distanz funktionieren.

In dem auf deutscher
Seite vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und auf
chinesischer Seite von der chinesischen Regierung geförderten
Forschungsprojekt MovE2China (Methoden zur verteilten Entwicklung von
H2-Brennstoffzellen-Fahrzeugen in Kooperation mit China) beschäftigen
sich die beiden Universitäten mit dem elektrischen Antriebssystem von
Brennstoffzellenfahrzeugen, dessen Validierungsprozess beispielhaft auf
die beiden Standorte verteilt wird. Die räumliche Trennung der
Entwickler macht den Einsatz neuester Technologien und schneller
Datenverbindungen notwendig. „An welchem Ort sich die Personen in
unserem gemeinsamen Team und die jeweiligen Komponenten tatsächlich
befinden, ist damit nicht mehr relevant“, erklärt Dr. Matthias Behrendt,
der das Projekt auf deutscher Seite leitet. „Ein Testfahrzeug kann auf
unserem Rollenprüfstand am KIT stehen während der Fahrer in China
sitzt.“ Basis ist der am IPEK entwickelte und im KIT-Zentrum
Mobilitätssysteme bereits etablierte IPEK-XiL-Ansatz (X-in-the-Loop) zur
Validierung mechatronischer Systeme. Dabei werden entgegen
traditioneller Validierungsmethoden virtuelle und physische Testformen
nicht getrennt voneinander eingesetzt. Das heißt, eine Brennstoffzelle
kann physisch in einem Labor am KIT stehen und von dort aus zu
Messzwecken virtuell in eine Testfahrt in Shanghai eingebunden werden.

Die größte
Herausforderung bei einem gemeinsamen Validierungsprozess liege
allerdings gar nicht in der physischen Distanz zwischen den
Teammitgliedern und Geräten, sagt Albert Albers: „Wir müssen uns in
Erinnerung rufen, was Validierung technischer Systeme eigentlich
bedeutet. Die Frage lautet dabei ja nicht, ob wir die Technologie
richtig entwickelt haben. Vielmehr wollen wir wissen, ob wir die
richtige Technologie für die Menschen entwickelt haben.“ Im Fall von
China und Deutschland handle es sich um sehr unterschiedlich
strukturierte Zielmärkte, mit verschiedenen Anforderungen an die
Fahrzeuge. „Wer einmal in Shanghai Auto gefahren ist, der weiß, dass der
Autoverkehr dort ganz anders funktioniert.“ Das habe etwa Auswirkungen
auf die Konzeption von Assistenzsystemen wie Einparkhilfen,
Abstandsregler oder auch das automatisierte Fahren. Die Möglichkeit zur
unabhängigen und falls erforderlich auch unterschiedlichen Entwicklung
von Teilsystemen werde deshalb ein wichtiger Bestandteil der
standardisierten Methoden zur räumlich verteilten Validierung von
Fahrzeugen sein.

Deutschland und China
verbindet bei dem Forschungsprojekt das Ziel, den Ausbau
ressourcenschonender Mobilität zu unterstützen. Zwischen dem KIT und der
Tongji-Universität in Shanghai besteht bereits eine strategische
Partnerschaft, die viele Bereiche umfasst, beispielsweise die
Zusammenarbeit in der Lehre. Professor Albert Albers nimmt dort seit
2007 eine Gastprofessur wahr. Die Tongji-Universität in Shanghai gilt
zudem als ein wichtiges Zentrum der Brennstoffzellenforschung in China.
Das deutsch-chinesische Forschungsprojekt soll auch dazu beitragen,
Normungs- und Standardisierungsaktivitäten auf diesem Gebiet zu
initiieren.

Details zum KIT-Zentrum Mobilitätssysteme: http://www.mobilitaetssysteme.kit.edu

Zürich (pts, 03. Mär 2005 17:50) – Aktuellste Internet-Nutzerforschung zeigt, dass Teenager im Umgang mit Websites ungeschickter sind als Erwachsene. Ebenfalls unterscheiden sich die Vorlieben der Teenager für gewisse Designelemente nicht stark von denjenigen der Erwachsenen.

In einer Studie der Nielsen Norman Group wurde das landläufige Vorurteil, dass Teenies sich auf dem Internet sicher und zielstrebig bewegen und eine starke Vorliebe für verrücktes Design haben, gründlich widerlegt.

Während sich bisherige Untersuchungen über die Nutzung neuer Technologien meist auf eigene Angaben der Teenies stützten, lassen sich dank Usability-Tests, bei denen die Anwender beobachtet werden, genauere Aussagen über das Verhalten und die Wünsche der Nutzer machen.

Bei einer Reihe solcher Usability-Tests in Amerika und Australien zeigte sich nun, dass die gemessene Erfolgsrate von Teenies beim Lösen vorgegebener typischer Aufgaben deutlich unter derjenigen von Erwachsenen liegt.

Verantwortlich für das schlechtere Abschneiden der Teenager sind der Studie zufolge drei Faktoren: Teenies verfügen über geringere Lesefähigkeit, schlechtere Recherchestrategien und ein deutlich niedrigeres Geduldsniveau als Erwachsene.

Ferner bestätigte sich in der Studie, dass Teenager coole Grafiken mögen und dem Erscheinungsbild grössere Aufmerksamkeit schenken als Erwachsene. Allerdings schnitten in der Meinung der Teenies letztlich just jene Websites besser ab, die sich durch ein relativ moderates, klares Design auszeichnen. Am wenigsten mochten die jungen Nutzer langweilige und mühsam bedienbare Websites.
Näheres dazu: http://www.usability.ch/Alertbox/20050131.htm

Guidelines zur Erstellung von Websites speziell für Teenager finden Sie direkt bei der Nielsen Norman Group unter http://www.nngroup.com/reports/teens/

Weitere Erkenntnisse aus der Nutzerforschung finden Sie auf der Website des Instituts für Software-Ergonomie und Usability, das seit Jahren exklusiv die deutsche Übersetzung von Jakob Nielsens Alertboxen zur Verfügung stellt.

die
Weltbevölkerung wächst – und mit ihr der Bedarf an Wohnraum. Doch
herkömmliche Ressourcen für das Bauen werden knapp. Die als
Forschungseinheit „Urban Mining & Recycling“ eröffnete Testwohnung
nahe Zürich besteht ausschließlich aus kompostierbaren,
wiederverwertbaren und weiternutzbaren Materialien für Konstruktion und
Ausbau. Das bewohnte Labor soll den Wandel des Bauens in Richtung
Kreislaufwirtschaft beschleunigen. Gemeinsam entwickelt haben es
Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Büros
Werner Sobek.

Das Konzept für das
Wohnmodul stammt von Werner Sobek mit Dirk E. Hebel und Felix Heisel.
Professor Sobek ist Leiter des Instituts für Leichtbau Entwerfen und
Konstruieren der Universität Stuttgart; Professor Hebel ist Leiter und
Heisel Forschungsverantwortlicher des Fachgebiets Nachhaltiges Bauen des
KIT. „Wir wollen beweisen, dass es schon heute möglich ist, so zu
bauen, dass sämtliche Ressourcen zu hundert Prozent und sortenrein
wieder ausbaubar sind“, sagt Hebel. Für die 125 Quadratmeter große
Dreizimmerwohnung wurden Primärrohstoffe wie zum Beispiel unbehandelte
Weißtanne verwendet, aber auch Elemente, die zuvor andernorts verbaut
waren, sowie recycelte Abfallstoffe und neu entwickelte Baumaterialien.
Die Kupferplatten, die die Fassade einfassen, deckten zuvor das Dach
eines Hotels in Österreich, die Türklinken der Wohnung stammen aus einer
Bank in Brüssel. Aus Bauschutt entstanden neue Backsteine, und
Getränkekartons wurden zu Wandverkleidungen verarbeitet. Damit ist die
Wohnung ein gebautes Beispiel für „Urban Mining“: Die Baustoffe stammen
aus Bauwerken und Alltagsgegenständen. Während Rohstoffe aus der Natur
wie Sand oder Kupfer knapp werden, bietet die menschgemachte Umwelt
großes Potenzial als Materialquelle. „Dieses urbane Materiallager zu
nutzen, dient der Nachhaltigkeit und macht unabhängiger vom
Rohstoffmarkt“, sagt Felix Heisel. Statt Verbindungen zu verkleben oder
auszuschäumen, wurde geschraubt, geklemmt oder gesteckt, um die
verwendeten Einzelstoffe unvermischt zurückzugewinnen und
wiederverwenden zu können. Auch vollkommen neue Baustoffe kamen zum
Einsatz, darunter kompostierbare Dämmplatten aus Pilz-Myzel, einem aus
Pilzgewebe und Sägespänen kultivierten Material.

Das in enger
Kooperation mit Industrie und Handwerk entstandene Pilotprojekt für
nachhaltiges Bauen wurde im Frühjahr 2018 eröffnet. Es bietet die
Möglichkeit, durch den Austausch von Elementen und Materialien mit
unterschiedlichen Baustoffen zu experimentieren. Über die Dauer von
zunächst fünf Jahren beobachten die Forscherinnen und Forscher, wie sich
Methoden bewähren und Materialien verhalten. Auch die Alltagserfahrung
von zwei Studierenden, die die Dreizimmerwohnung im Mai beziehen, wird
in die wissenschaftliche Bewertung einfließen. Die Baueinheit „Urban
Mining & Recycling“ wurde komplett im Werk vorfabriziert und
innerhalb eines Tages in ein mehrstöckiges Versuchsgebäude eingebaut.
Sie ist Teil des Forschungs- und Testgebäudes NEST (Next Evolution in
Sustainable Building Technologies) im schweizerischen Dübendorf bei
Zürich auf dem Campus der Eidgenössischen Materialprüfungs- und
Forschungsanstalt. Im NEST arbeiten internationale Forscherteams aus
Universitäten und Fachhochschulen, Architekturbüros und Firmen der
Baubranche zusammen. „Durch das Testen von Innovationen unter realen
Bedingungen wird eine Brücke von der Forschung zur Anwendung geschlagen,
denn die Kreislaufwirtschaft braucht neue Methoden und Produkte“,
betont Hebel.

Weitere Informationen: www.nest-umar.net

Mehr über das
Wohnlabor „Urban Mining & Recycling“ und weitere Beiträge rund um
das Thema Nachhaltiges Ressourcenmanagement bietet die aktuelle Ausgabe
des Forschungsmagazins lookKIT: https://www.sek.kit.edu/kit_magazin.php

"Bio-Batterie" lädt sich durch Hautpigmente
Forscher entdecken Melanin als sicheren, effizienten Energiespeicher
 
Sonnenbad: Melanin nicht nur gut für braunen Teint (Foto: flickr.com/j3a8m2e9)

Pittsburgh (pte002/12.12.2013/06:05) – Materialforscher der Carnegie Mellon University http://www.cmu.edu/index.shtml in Pittsburgh sind einer besonders kreativen Idee auf der Spur, wie sich elektronische Geräte im Inneren des menschlichen Körpers mit Energie versorgen lassen. Um etwa Implantaten oder Sensoren, die im Körper verschiedene Aufgaben wahrnehmen, ausreichend Strom bieten zu können, greifen sie einfach auf einen Stoff zurück, der dort ohnehin bereits natürlich vorkommt: den Hautpigmentstoff Melanin. Dieser wird von den Wissenschaftlern kurzerhand in eine Art "Bio-Batterie" umfunktioniert, die durch ihre speziellen chemischen Eigenschaften in der Lage sein soll, elektrische Ladungen besonders effizient zu speichern.

"Wenn es uns gelingen könnte, verschiedene Geräte ohne Probleme sicher in den menschlichen Körper zu integrieren, wäre es uns möglich, eine ganze Reihe von Kernfragen zu klären, die uns heute noch in Bezug auf Implantate beschäftigen", zitiert der NewScientist Projektleiter Christopher Bettinger vom Department of Materials Science and Engineering der Carnegie Mellon University. In diesem Zusammenhang verweist er beispielsweise auf die Problematik von Infektionen und Entzündungen. "Unsere Forschung verfolgt die ziemlich clevere Idee, Batterien aus biologisch abbaubaren Materialien zu produzieren, die bereits auf natürliche Weise im Körper vorhanden sind", erklärt Bettinger die Zielsetzung.

Fünf Stunden Laufzeit

Um die neuartige Bio-Batterie herstellen zu können, haben der Materialforscher und sein Team aus einer Mixtur mit hohem Melaninanteil – jener Hautstoff, der beim Menschen und bei vielen Tieren für die Pigmentierung zuständig ist – positiv geladene Anoden gebastelt. Diese wurden daraufhin auf einer Stahldrahtkonstruktion angebracht und mit Natrium-Ionen angereichert. "Die einzigartige chemische Struktur von Melanin erlaubt es, prinzipiell recht viele Ionen unterzubringen. Je mehr Ionen hineinpassen, desto größer wird die Ladekapazität der Batterie", erläutert Bettinger. Im aktuellen Versuchsstadium schafft diese Variante bis zu fünf Stunden Laufzeit, hat aber eine geringere Ausgangsleistung als herkömmliche Batterien.

Bevor die US-Wissenschaftler Melanin als vielversprechenden Werkstoff entdeckt haben, wurde auch mit einigen anderen Materialien experimentiert. Diese hatten aber alle das Problem, dass zusätzliche chemische Modifizierungen notwendig waren, um eine elektrische Ladung aufrechterhalten zu können. "Im Gegensatz dazu kann Melanin in seiner natürlichen Form eingesetzt werden und es ist sogar gut möglich, dass es ganz einfach aus der menschlichen Haut gewonnen werden kann", betont Bettinger.

Vorreiter USA

Dass die Forschung im Bereich von auf Silizium basierenden Elektroimplantaten und -sensoren bereits seit geraumer Zeit mit Hochdruck vorangetrieben wird, ist längst kein Geheimnis mehr. Vorreiter sind wieder einmal die USA. Dort forschen Wissenschafter und verschiedene Start-ups an einer völlig neuen Form der Computertechnologie, die sich zur Gänze in winzige Pillenkapseln zwängen lässt. Diese können einfach geschluckt werden, um dann im Körper verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Einige Modelle überwachen beispielsweise die Körpertemperatur oder sammeln Gesundheitsdaten, andere wiederum verschicken E-Mails oder öffnen Garagentore (pressetext berichtete: http://pte.com/news/20130626019 ).

Tokio (pte/13.07.2006/11:00) – Der japanische Tüftler Takamichi
Nakamoto hat ein Gerät entwickelt, das Gerüche aufnehmen, analysieren
und reproduzieren kann. Mithilfe von 15 Sensoren wird der registrierte
Duft in seine Grundbestandteile zerlegt und das Ergebnis digital
gespeichert. Anhand dieses erstellten Rezepts kann Nakamotos Apparatur
den Geruch anschließend wieder zusammengestellen, indem 96 verschiedene
Chemikalien im richtigen Verhältnis gemischt werden, berichtet die
Japan Times.

Die Vision des Erfinders ist, dass Düfte künftig per Handy verschickt
werden können. Passende Anwendungsbeispiele hat er auch parat. Im
Lebensmittelhandel könnte anhand des verschickten Geruchs die Frische
von Fisch auch aus der Ferne beurteilt werden. Im Onlinehandel sieht
Nakamoto Potenzial bei Blumen- oder Parfumhändler, die Vorabproben
ihrer Düfte via Handy an den Käufer bringen. Schließlich könnte
jedermann mit dem Geruchsrecorder Düfte einfangen und sozusagen als
Souvenir von einem Urlaub oder schönem Erlebnis mitnehmen.

Derzeit ist das Gerät mit den Maßen von einem Meter mal 70 Zentimetern
noch eine ziemlich unhandliche Maschine. Nakamoto ist jedoch schon
damit beschäftigt, sie zu miniaturisieren. Der schwierigste Teil der
Konstruktion seien die Sensorchips gewesen, die das Aroma in die
digitale Duftformel umwandeln sollen, so Nakamoto. Der nächste Schritt
in der Entwicklung soll die Ausweitung des Gruchsangebots sein, denn
bislang ist die elektronische Nase auf fruchtige Gerüche spezialisiert.
Laut Nakamoto sei jedoch jede Aromarichtung machbar, vom Fischgestank
bis zum Benzingeruch.

Vor kurzem stellte das japanische Telekom-Unternehmen NTT DoCoMo ein
ähnliches System vor, mit dem in Kinos Filme duftmäßig untermalt
werden. Dabei wurden Aromaabsorber unter den Sitzen der Zuschauer
installiert. Bei einigen Szenen des Hollywood-Streifens "The New Yorld"
wurden zum Film passende Gerüche abgegeben.

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

Mechanische Stabilität

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

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

HADES und die Suche nach der Dunklen Materie

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

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

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

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

Bausteine der Dunklen Materie

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

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

Das HADES-Experiment

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

Internationale Beschleunigerkonferenz in Dresden

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

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