rastische Energieeinsparung, geräumige Kernspintomografen oder agile
und wendige Schiffe: Der Einsatzbereich von Hochtemperatur-Supraleitern
ist vielfältig. Inzwischen scheinen auch die Probleme gelöst, die
bisher noch einer industriellen Herstellung der Leiter im Wege standen.
Einen wichtigen Beitrag in diesem Bereich haben Prof. Dr. Ludwig
Schultz und Dr. Bernhard Holzapfel vom Leibniz-Institut für Festkörper-
und Werkstoffforschung Dresden (IFW) geleistet.

Eine Panne an einer Höchstspannungsleitung im Emsland – und halb Europa
liegt im Dunkeln. Vermieden werden könnten derartige Zwischenfälle mit
dem Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern. Diese verfügen nicht nur
über eine wesentlich höhere Kapazität als herkömmliche Leitungen,
sondern würden auch den Einsatz von Strombegrenzern ermöglichen und so
Kettenreaktionen innerhalb des Verbundnetzes verhindern.

Energietechnik: Stromfluss ohne Verluste

Hochtemperatur-Supraleiter transportieren bei gleichem Kabelquerschnitt
etwa das Dreifache an Strom. Anders als Metalldrähte verlieren sie
unterwegs keine Energie. Ein Problem ist jedoch die Herstellung der
Leiter. Für den Einsatz im Stromnetz müssen sie in die Form von Drähten
gebracht werden; da das Material sehr spröde ist, können sie jedoch
nicht wie Metalldrähte gezogen und gewalzt werden. Eine Möglichkeit
besteht darin, die supraleitende Phase Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid
(YBCO) auf Trägerbänder aufzubringen. Bei dem Verfahren, das die
Dresdner Wissenschaftler entwickelt haben, wird hierzu ein Trägerband
in eine chemische Lösung getaucht. Die Oberflächenatome des
Trägerbandes müssen ein einheitliches Muster bilden, um zu
gewährleisten, dass auch die Beschichtung gleichmäßig erfolgt. „Erlaubt
ist eine Abweichung der zentralen Ausrichtung von bis zu 5 Grad“,
erklärt Holzapfel, „alles andere behindert den Energiefluss“. Um die
industrielle Herstellung hochtemperatursupraleitender Drähte zu fördern
hat das IFW die Firma evico GmbH gegründet, die die Technologie in
Zusammenarbeit mit verschiedenen Unternehmen vermarktet. Weitere
Kooperationen, unter anderem mit einem der führenden europäischen
Kabelhersteller, sind in Vorbereitung.

Medizin: Mehr Platz im Kernspintomografen

Eine zentrale Rolle spielen Supraleiter in der Kernspintomografie,
einem bildgebenden Verfahren, das Strukturen im Körperinneren sichtbar
macht, und häufig zur Diagnose schwerer Krankheiten herangezogen wird.

Wenn jemand wiederholt die Tasse neben den Tisch stellt, an
Sehstörungen oder unerklärlichen Lähmungen leidet, handelt es sich um
Symptome, die auf Multiple Sklerose hindeuten können. In einem solchen
Fall wird der Patient mit dem Kernspintomografen untersucht. Zur
Durchleuchtung wird ein starkes Magnetfeld verwendet, das von einer
supraleitenden Spule erzeugt wird. Der Patient befindet sich dabei
innerhalb dieser Spule. Die Wasserstoffatome im menschlichen Körper
reagieren auf das Magnetfeld, indem sie ihre magnetischen Momente alle
in die gleiche Richtung ausrichten. Wird dann ein Hochfrequenzimpuls in
Form eines Radiosignals eingestrahlt, lassen sich die Teilchen
kurzfristig ablenken, um nach Ausschalten des Impulses wieder in die
ursprüngliche Richtung zurückzukehren. Dabei geben sie Energie ab, die
gemessen werden kann und Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung
der durchleuchteten Körperteile erlaubt.

„In den gegenwärtig verwendeten Geräten, in denen
Niedertemperatur-Supraleiter eingesetzt werden, ist es wirklich eng“,
erläutert Schultz, „für jemanden, der mit dem Schlimmsten rechnet, kann
das sehr belastend sein. Mit Hochtemperatur-Supraleitern könnte man die
Röhre dank dünnerer Isolationsschichten weiter machen“.

Während Niedrigtemperatur-Supraleiter auf minus 269 Grad
heruntergekühlt werden müssen, funktionieren Hochtemperatur-Supraleiter
bereits bei minus 196 Grad. Damit ist der Aufwand, der für die Kühlung
betrieben werden muss, deutlich geringer als bei den herkömmlichen
Verfahren. Im Gegensatz zu Niedrigtemperatur-Supraleitern, die mit
flüssigem Helium gekühlt werden, kann für die
Hochtemperatur-Supraleiter flüssiger Stickstoff verwendet werden. Die
Kühlkosten gehen um einen Faktor 100 zurück; damit werden die Geräte
entsprechend billiger und sind für Ärzte und Krankenschwestern auch
einfacher zu bedienen.

Schiffbau: Motor im Steuerruder

Motoren, die bei gleicher Leistung ein Drittel des gegenwärtigen
Volumens haben, sind ein weiteres Einsatzgebiet von
Hochtemperatur-Supraleitern. In Schiffen können solche Motoren
beispielsweise direkt im Steuerruder eingesetzt werden, womit sehr viel
größere Ausschläge möglich wären. Schiffe hätten damit eine größere
Beweglichkeit und Wendigkeit. Möglich wäre ebenfalls, dass sowohl
hinten als auch vorne ein solches Ruder eingebaut wird, damit könnte
das Schiff dann auch quer anlegen.

Kontakt:

Prof. Dr. Ludwig Schultz

Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung

Helmholtzstr. 20

01069 Dresden

Tel: 0351/4659-460

E-Mail: l.schultz@ifw-dresden.de

Erster Röntgenstrahl an der Lichtquelle PETRA III erzeugt

An diesem Wochenende haben Wissenschaftler des Helmholtz-Forschungzentrums DESY an der neuen Synchrotronquelle PETRA III das erste Röntgenlicht für die Forschung erzeugt. Damit steht die weltweit hellste Speicherring-Röntgenquelle für den Experimentierbetrieb zur Verfügung. Der 2,3 Kilometer lange Elektronen-Speicherring war zwei Jahre lang für 225 Millionen Euro zur brillanten Röntgenstrahlungsquelle umgebaut worden. Nach jetzt anstehenden Tests der einzelnen Messapparaturen wird PETRA III ab 2010 den regulären Nutzerbetrieb aufnehmen.

Prof. Helmut Dosch, Vorsitzender des DESY-Direktoriums sagt: „Mit dem ersten Licht aus PETRA III erreichen wir einen wichtiger Meilenstein auf dem Weg, den großen Bedarf der Wissenschaft für hochbrillante Synchrotronquellen zu erfüllen.“

Als leistungsstärkste Lichtquelle ihrer Art wird PETRA III vor allem den Wissenschaftlern exzellente Experimentiermöglichkeiten bieten, die in immer kleineren Proben immer feinere Details untersuchen wollen und dazu stark gebündeltes, sehr kurzwelliges Röntgenlicht für ihre Analysen benötigen. Nach der ersten Speicherung von Teilchen in PETRA III im April diesen Jahres wurden die Undulatoren – Spezialmagnete, die das Synchrotronlicht erzeugen – so dicht an den Teilchenstrahl herangefahren, dass die beschleunigten Teilchen auf Schlingerbahnen gelenkt werden und so das Synchrotronlicht abstrahlen.

Der Beschleuniger PETRA, der ursprünglich für die Teilchenphysik gebaut wurde, diente zuletzt als Vorbeschleuniger für DESYs erfolgreichen Teilchenbeschleuniger HERA. In weniger als zwei Jahren wurde PETRA jetzt komplett umgebaut und modernisiert. Der Umbau in die modernste Speicherring-Röntgenquelle wurde größtenteils vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF, der Stadt Hamburg und der Helmholtz-Gemeinschaft finanziert. Am Speicherring PETRA wurde eine 300 Meter lange Experimentierhalle errichtet, in der an 14 Synchrotronstrahlführungen bis zu 30 Experimente stattfinden können. Um sicherzustellen, dass sich die untersuchten Objekte während der „Belichtungszeit“ nicht bewegen, werden die Experimente auf der längsten am Stück gefertigten Betonplatte der Welt aufgebaut. Durch den Einsatz modernster Optik eröffnen sich den Forschern bei DESY noch schärfere Einblicke in natürliche und von der Industrie erzeugte Nanostrukturen.

Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY ist eines der weltweit führenden Beschleunigerzentren zur Erforschung der Materie. DESY entwickelt, baut und nutzt Beschleuniger und Detektoren für die Forschung mit Photonen und die Teilchenphysik. DESY ist ein mit öffentlichen Mitteln finanziertes nationales Forschungszentrum und Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft.

Das deutsche Handwerk hat seinen Umsatz 2017 so kräftig gesteigert wie seit sechs Jahren nicht mehr. Er
wuchs um 3,6 Prozent und damit bereits das vierte Jahr in Folge, wie das Statistische Bundesamt am Montag mitteilte.

Das größte Plus
verzeichneten die Handwerke für den gewerblichen Bedarf, wozu
beispielsweise Metallbauer, Feinwerkmechaniker und Informationstechniker
zählen: Hier zog der Umsatz um 5,2 Prozent an.

Auch das
Bauhauptgewerbe – das vom andauernden Bauboom profitiert – meldete mit
4,5 Prozent eine besonders kräftige Steigerung. Am geringsten wuchsen
mit 1,4 Prozent die Einnahmen in den Handwerken für den privaten Bedarf,
zu denen zum Beispiel Friseure und Steinmetze gehören.

Angesichts der
guten Nachfrage stellten die Betriebe mehr Mitarbeiter ein. Ihre Zahl
nahm um 0,6 Prozent zu. In der gesamten Statistik wird nur das
zulassungspflichtige Handwerk berücksichtigt.

Kratzer im Autolack per Laser
reparieren oder empfindliche elektronische Bauteile mit Licht flexibler
oder härter machen: An solchen Lösungen arbeitet Professor Christopher
Barner-Kowollik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der
Queensland University of Technology (QUT) in Brisbane, Australien. Wie
sich Beschichtungen und Materialien mit monochromatischem Licht aus
Lasern für unterschiedliche Anwendungen maßschneidern lassen, untersucht
er nun auch in einem Projekt, das der Australische Forschungsrat mit
mehr als drei Millionen Australischen Dollar fördert (mehr als zwei
Millionen Euro).

„Christopher Barner-Kowollik gehört zu den
weltweit führenden Forschern auf seinem Fachgebiet, gleichzeitig ist er
mit seiner Arbeit in Deutschland und Australien ein herausragendes
Beispiel für die gelebte Weltoffenheit in der Wissenschaft“, sagt der
Präsident des KIT, Professor Holger Hanselka. „Wir gratulieren ihm
herzlich zu dieser großartigen Auszeichnung durch den Australischen
Forschungsrat.“

„Die Materialwissenschaften – gerade auch im
Mikro- und Nanometerbereich – bilden die Basis für Innovationen in
zahlreichen Themenfeldern. Die Forschung von Christopher Barner-Kowollik
erlaubt maßgeschneiderte Materialien für vielfältige
Anwendungsbereiche. Die Förderung als Australian Laureate Fellow ist
auch eine Anerkennung seiner bisherigen Arbeit – darüber freuen wir uns
mit ihm!“, so der Vizepräsident des KIT für Forschung, Professor Oliver
Kraft.

Ziel der Forschung von Christopher
Barner-Kowollik ist es, Materialien mit Licht so programmieren und
umprogrammieren zu können, dass sie sich genau auf ihren spezifischen
Einsatzbereich anpassen lassen. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von
intelligenten Beschichtungen und Materialien über synthetische Proteine
bis zu lasergesteuerten 3-D-Drucktechnologien. „Ein Beispiel wäre eine
Beschichtung, deren mechanische Eigenschaften sich mit Licht präzise
steuern lassen, sodass sie an bestimmten Stellen flexibler wird, an
anderen – dann mit Licht einer anderen Wellenlänge bestrahlt – härter”,
erläutert der Chemiker. So könnten sich in Zukunft etwa auch
Beschichtungen heilen oder empfindliche Elektronikbauteile leichter
einbauen oder austauschen lassen.

„Manche Schätzungen besagen, dass bis zum
Jahr 2030 zehn Prozent aller Produkte aus dem 3-D-Drucker kommen. Ein
Verfahren, das es – allein durch ein Verändern der Wellenlänge des
eingesetzten Lichts – erlaubt, mit der gleichen 3-D-Tinte  Produkte mit
unterschiedlichen Materialeigenschaften herzustellen, wäre
bahnbrechend”, sagt Barner-Kowollik. In der 3-D-Laserlithographie habe
ein solches Verfahren mit sichtbarem Licht auch das Potenzial, die
Herstellung von Computerchips maßgeblich zu beeinflussen.

In seiner weiteren Forschung wird Christopher
Barner-Kowollik auch untersuchen, wie sich Licht nutzen lässt, um
Informationen in Polymeren zu schreiben, zu speichern und zu lesen.
Polymere, langkettige Moleküle, bilden die Bausteine für zahlreiche
Materialien. Durch die Kontrolle über den Aufbau der Moleküle, auch
Sequenz genannt, lassen sich die Eigenschaften solch großer Moleküle
(Makromoleküle) steuern. „Polymere, deren Sequenz kodier- und lesbar
ist, könnten etwa für die Herstellung künstlicher Proteine von hoher
Bedeutung sein, aber auch für maßgeschneiderte Tinten für den 3-D-Druck
im Mikro- und Nanometerbereich“, so Christopher Barner-Kowollik.

Die Fördersumme von gut drei Millionen
Australischen Dollar stehen Barner-Kowollik in den kommenden fünf Jahren
frei für seine Forschung zur Verfügung. Auf wichtigen Themengebieten –
insbesondere der Herstellung von 3-D-Tinten für die
3-D-Laserlithographie in Kooperation mit Prof. Martin Wegener (KIT) –
will er damit auch die enge Kooperation mit dem KIT weiter ausbauen,
dabei soll auch der Doktorandenaustausch gestärkt werden.

Student der Saar-Uni patentiert revolutionäres Getriebe mit über
100 Gängen

Getriebe im Automobilbau haben eine natürliche �Grenze�, so wie
sie heute konstruiert sind. Bei maximal acht bis zehn Gängen ist
Schluss. Mehr Gänge kann ein herkömmliches Getriebe baubedingt nicht
aufweisen. Es wäre ansonsten zu breit und zu schwer, um in Autos
verbaut zu werden. Toma Macavei war das nicht genug. Der ehemalige
Saarbrücker Informatikstudent hat ein computergesteuertes Getriebe
entwickelt, das über 100 Gänge haben kann und etwa die Größe eines
DIN-A-4-Blattes hat. Sein Bruder Andrei, derzeit noch Jurastudent an
der Saar-Uni, ist als Geschäftsführer einer Firma für die
Vermarktung zuständig. Durch Einreichung einer Patentanmeldung ist
die Erfindung bereits rechtlich gesichert. Nun suchen sie Partner für
den Bau eines Prototyps.

Sein VW Golf war ihm nicht sparsam genug. Das war die Initialzündung
für Toma Macavei, das Getriebe des Autos zu optimieren. Denn mehr
Gänge bedeuten konstantere Drehzahlen des Motors, und das bedeutet
weniger Spritverbrauch. Bisher haben herkömmliche Getriebe für Autos
und LKW allerdings einen Haken: Die Gänge liegen auf verschieden
großen Zahnrädern nebeneinander. Grund dafür ist die Kupplung der
Gänge, also deren Verbindung, die direkt an den Zahnrädern
geschieht. Zehn Gänge ergeben also ein breiteres Getriebe als fünf
Gänge, vorausgesetzt, alle Bauteile sind ansonsten gleich. Irgendwann
ist also Schluss, das Getriebe wird zu breit und zu schwer, wenn
weitere Gänge hinzukommen.

�Ich habe zwei Zahnradkammern miteinander kombiniert�, erklärt
der 30-jährige Toma Macavei. Das funktioniert ähnlich wie bei
Fahrrädern und ihren zwei hintereinander liegenden Zahnkränzen.
�Liegen in der vorderen Zahnradkammer beispielsweise fünf
Zahnradpaare und in der hinteren drei, ergeben sich daraus also 15
Gänge. Theoretisch können wir damit über 100 Gänge erreichen�,
erklärt der ehemalige Saarbrücker Informatik-Student.

Der schwierigste Teil der Konstruktion war bisher die Verbindung
beider Getriebeteile. Bisher ist keinem Ingenieur eine Lösung dafür
eingefallen, wie die beiden Zahnradkammern miteinander gekuppelt
werden können. Toma Macavei hat nun eine computergestützte Lösung
erfunden, die innerhalb der Verbindung beider Zahnradkammern liegt.
Diese errechnet den optimalen Gang für die jeweilige Geschwindigkeit
und schaltet das Getriebe automatisch. Die Zahnradpaare des Getriebes
können sehr eng beieinander stehen, denn die Kupplung der Gänge
geschieht im Innern dieser kompakten Welle.

�Ein Auto beispielsweise kann so konstant mit sehr niedriger
Drehzahl gefahren werden�, erklärt der Bruder des Erfinders, Andrei
Macavei. So wird erheblich Kraftstoff gespart, da auch bei hohen
Geschwindigkeiten keine hohe Drehzahl erforderlich ist. �Außerdem
wird der Motor nicht so stark belastet�, erklärt der angehende
Jurist einen weiteren Vorteil.

Das so genannte Finngetriebe von Toma und Andrei funktioniert in zwei
Richtungen. Das heißt, es kann nicht nur Kraft vom Motor an die
Räder weitergeben. Wenn ein Fahrer bremst, kann das Getriebe auch die
Energie von den Rädern aus zurück übertragen. �So kann man
beispielsweise Strom gewinnen für einen Elektroantrieb�, erklärt
der 29-jährige Andrei. Das sei sehr gut geeignet für Fahrzeuge mit
Hybridantrieb, also beispielsweise Benzin- und Elektroantrieb.

Nachdem ihnen attestiert wurde, dass diese Idee noch nicht
patentrechtlich geschützt ist, haben Andrei und Toma Macavei ihre
Idee mithilfe der Patentverwertungsagentur auf dem Saarbrücker Campus
ein Patent entwickelt. Eine Saarbrücker Anwaltskanzlei, die auf
Patentrecht spezialisiert ist, hat die Patentanmeldung eingereicht.
Nun suchen die beiden umtriebigen Studenten nach Partnern, die sie
beim Bau eines bis zu 200.000 Euro teuren Prototyps unterstützen.

Neues Mikroskop: erforscht Innenleben von Zellen (Foto: pixelio.de, M. Gaba)

Purdue (pte001/03.10.2016/06:05) –

Forscher der Purdue University http://purdue.edu haben nach zwei Jahren Entwicklungsarbeit ein photothermisches
Infrarot-Mikroskop entwickelt, das den Transport von Wirkstoffen
innerhalb lebender Zellen in Laborkulturen visualisieren und damit auch
zur Verbesserung von Krebstherapien führen kann. Die neue Technologie
ermöglicht es damit, die dynamische Chemie innerhalb von Zellen und
Gewebe besser zu verstehen.

Infrarot-Spektroskopie war bislang auf Studien von
getrockneten Gewebeproben limitiert, da Wassermoleküle Infrarotsignale
absorbieren und ablenken. Zur gleichen Zeit war die Technologie aber
noch nicht so weit, um hochauflösende Bilder der visualisierten
Schichten zu erzeugen, die dringend benötigt werden, damit Studien
dreidimensionaler Proben, wie von biologischen Zellen, möglich werden.

Moleküle von Wirkstoffen lokalisieren

Der neue photothermische Ansatz im
Mittelinfrarotbereich kann diese Probleme überwinden, so Studienautor
Ji-Xin Cheng. "Das ist wichtig, um die Wege und Aktionen von Wirkstoffen
besser zu verstehen und um Krebs und andere Krankheiten zu behandeln.
Wirkstoffe sind kleine Moleküle und nicht fluoreszierend. Daher ist
diese Methode geeignet, Moleküle von Wirkstoffen in Zellen und Gewebe zu
lokalisieren und zu identifizieren", erklärt Cheng.

Die hochmoderne Imaging-Technologie verspricht eine
Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise das detaillierte
Aufzeichnen von Stoffwechselaktivitäten bis zur Höchauflösung des
Mappings von Arzneimolekülen in lebenden Systemen, die bislang mit der
heutigen Technologie nicht analysierbar waren. Tests sollen das
Anwendungsspektrum erweitern.

Italien: Biogas-Aufbereitung spart Zeit und Geld

Smartes "Upgrading" funktioniert auch bei niedrigen Temperaturen

(pte001/21.05.2015/06:00) – Mitarbeiter der Abteilung für Materialwissenschaften an der Università Bicocca Milano http://www.unimib.it haben ein kostengünstiges Verfahren zur Aufbereitung von Biogas
entwickelt. Mithilfe von "Smart Upgrading" kann aus städtischem Müll
oder organischen Abfällen gewonnenes Methangas gereinigt und für
energetische Zwecke nutzbar gemacht werden.

Gestehungskosten sinken rapide

Technologien zur Reinigung von Biogas gibt es bereits in Deutschland.
"Sie ist jedoch sehr aufwendig und mit hohen Kosten verbunden", so
Projektleiter Maurizio Acciarri. Die von den Forschern entwickelte
Methodik ist einfacher und funktioniert auch bei Temperaturen, die
deutlich unter 100 Grad Celsius liegen. Das auf diese Weise hergestellte
Methangas entspricht der aus Russland oder Nordafrika importierten
Erdgasqualität. Hinzu kommt die Tatsache, dass die Gestehungskosten um
30 Prozent unter denen beim Erdgas liegen.

Experimentiert wurde das Verfahren auf einer ehemaligen Mülldeponie in
der nahe bei Monza gelegenen Ortschaft Cavenago Brianza. Die derzeit im
Bau befindliche Pilotanlage wird eine Stundenleistung von 100
Kubikmetern haben und bereits im Juli dieses Jahres ihren Betrieb
aufnehmen. Parallel dazu soll ein Spin-off gegründet werden. Biogas muss
zu seiner Weiterverwendung durch sogenanntes "Upgrading" von seinen
natürlichen Bestandteilen an Kohlenwasserstoff gereinigt werden.

50.000 Tonnen für 5.000 Häuser

Würden die jährlich in der Müllkippe von Cavernago anfallenden 50.000
Tonnen Biomasse statt zu Kompost vollständig zu Biogas verarbeitet,
könnten damit rund 5.000 Haushalte versorgt werden. Noch interessanter
ist die wirtschaftliche Gesamtrechnung für ganz Italien: Sollten
sämtliche Kompostanlagen des Landes auf die Produktion von Biogas
umgerüstet werden, könnten damit zehn bis 20 Prozent des landesweiten
Methangasbedarfs gedeckt werden.

Die Diskussion um die dieselmotorischen Abgaswerte
des Autokonzerns Volkswagen auf dem US-Markt hat die öffentliche
Aufmerksamkeit auf die Technologie der Abgasnachbehandlung gelenkt. Seit
Jahren helfen wissenschaftlicher Fortschritt und technisches Know-how,
bessere Motoren, Filter und Kraftstoffe zu entwickeln, die der Umwelt
wirklich nutzen. Am KIT forschen Motorentechniker und Kraftstoffdesigner
für eine nachhaltigere Mobilität.

„Auf die Motorenentwickler warten anspruchsvolle
Aufgaben. Bei der Auslegung von Dieselmotoren muss berücksichtigt
werden, dass sich ein Zielkonflikt zwischen Stickoxidemissionen,
Rußemissionen und Verbrauch ergibt“, erklärt Thomas Koch, Leiter des
Instituts für Kolbenmaschinen am KIT, wo er an effizienten, sauberen und
einfachen Motoren forscht. „Eine motorische Reduzierung der
Stickoxidemissionen würde beim Dieselmotor typischerweise zu einem
Anstieg der Rußemissionen und des Verbrauches führen.“ Aus diesem Grund
kommt eine Abgasnachbehandlung zur Reduzierung der Stickoxide bei
modernen Dieselmotoren zum Einsatz.

Die Einhaltung der Abgaswerte wird allerdings nicht
auf der Straße unter schlecht zu kontrollierenden Bedingungen, sondern
auf einem Rollenprüfstand unter reproduzierbaren Bedingungen geprüft.
„Eine Einführung von Tests unter realeren Bedingungen ist auf jeden Fall
wünschenswert und zielführend. Hier ziehen die Akteure an einem
Strang,“ so Koch. Allerdings beeinflusst das individuelle Fahrverhalten
und Einsatzszenario letztlich sehr stark sowohl Kraftstoffverbrauch als
auch Abgasausstoß. „Übrigens sind die Nutzfahrzeuganwendungen hier
bereits seit Längerem einen Schritt weiter. Mit ihrem vorbildlichen
Emissionsverhalten verdienen sich insbesondere die deutschen Hersteller
Lob und Anerkennung. Insbesondere ist der Dieselmotor eine hervorragende
Technologie, um niedrige Kohlendioxid-Emissionen im Verkehr zu
erreichen.“

Die häufigsten Fragen zu den aktuellen Messungen rund um die Abgaswerte des Autokonzerns Volkswagen, wie etwa

–Was ist ein Fahrzyklus

–Was ist eine Abgasnachbehandlung?

–Was ist der Unterschied zwischen der amerikanischen und der europäischen Gesetzgebung?

–Wie entwickelt sich prinzipiell die Luftqualität?

–Was wurde aktuell bei Volkswagen beanstandet?

beantworten Thomas Koch und sein Team auf der Homepage des Institutes:

http://www.ifkm.kit.edu/

„Motorenleistung und Abgaswerte hängen aber auch
stark vom Kraftstoff ab“, ergänzt Jörg Sauer, Leiter des Instituts für
Katalyseforschung und -technologie am KIT, an dem er unter anderem auch
umweltfreundliche und motorenverträgliche synthetische Komponenten für
Kraftstoffe entwickelt. Im Projekt bioliq etwa werden ausgehend vom
Rohstoff Stroh hochwertige Kohlenwasserstoffe erzeugt. „Ziel ist es
Kraftstoffzusätze zu entwickeln, die etwa Klopffestigkeit erhöhen,
Verbrauch senken oder Schadstoffe-Emissionen verhindern helfen.“ Die
Investitionen in das Großprojekt bioliq betrugen insgesamt rund 64
Millionen Euro und wurden von Bund, Land und Industrie getragen. Seit
einem Jahr beweist die großskalige bioliq-Pilotanlage, dass ein
nachhaltiges und industrietaugliches Verfahren zur effektiven Nutzung
von Reststoffen existiert.

Das Team aus technischen Chemikern und
Verfahrenstechnikern rund um Jörg Sauer arbeitet an Komponenten für den
Dieselkraftstoff, die dazu beitragen können, den Zielkonflikt zwischen
Stickoxid-Emissionen, Rußbildung und Verbrauch ganz aufzuheben. Die
sogenannten OMEs besitzen eine chemische Struktur, die bei der
Verbrennung im Dieselmotor dazu führt, die Rußbildung fast ganz zu
vermeiden. Die Dieselmotoren könnten dann unter Bedingungen gefahren
werden, unter denen sich nur sehr wenige Stickoxide bilden können.
Allerdings wird an diese innovativen Kraftstoffe noch intensiv geforscht
und es wird dauern, bevor man sie an der Tankstelle kaufen kann. „Es
sind noch Forschung und Entwicklung an den Fahrzeugen, den
Verbrennungsmotoren und der Kraftstoff-Herstellung und Logistik bis zur
Umsetzung im Markt notwendig.“ so Sauer.

Spezial-Pixel: Diese leuchten nicht nur (Foto: Moonsub Shim, illinois.edu)

Champaign (pte003/13.02.2017/06:10) –

In Zukunft könnten sich Handys über ihre Displays aufladen. Denn Forscher der University of Illinois at Urbana-Champaign http://illinois.edu haben Nanostäbchen-LEDs entwickelt, die Licht sowohl abgeben als auch
detektieren können. Die aktuell in "Science" vorgestellte Entwicklung
nutzt einen speziellen Aufbau mit drei Halbleiter-Materialien, um das zu
ermöglichen – und könnte die Elektronik-Welt beispielsweise auch durch
Displays revolutionieren, die per Licht Daten übertragen.

Elektronik-Revolution

"Diese LEDs sind der erste Schritt, um Displays völlig
neue Dinge zu ermöglichen, über das bloße Darstellen von Information
hinaus viel interaktivere Geräte zu werden", meint Projektleiter Moonsub
Shim von der University of Illinois at Urbana-Champaign. Denn die neuen
LEDs können nicht nur Licht abgeben und einfangen, sondern auch sehr
schnell zwischen beiden Modi wechseln. Damit könnte ein Display im
Betrieb seine Helligkeit automatisch an die aktuellen Lichtverhältnisse
anpassen – und das sogar pixelweise.

Die Forscher haben mit ihren LEDs auch schon
Pixel-Prototypen gefertigt, die auf nahende Finger reagieren. Das könnte
Displays ermöglichen, die auf berührungslose Gesten reagieren. Möglich
scheinen auch intelligente Whiteboards, die auf Laser Pointer reagieren.
Zudem sind die LEDs in der Lage, Licht in Strom umzuwandeln. "Stellen
Sie sich vor, dass ihr Smartphone herumliegt und sich mit Umgebungslicht
lädt", meint Shim. Das könnte in Zukunft ganz ohne zusätzlich verbaute
Solarzellen möglich sein. Ebenfalls denkbar wäre, dass Displays dank der
neuartigen LEDs selbst Daten über Lichtsignale empfangen und
übertragen.

Geniales Halbleiter-Trio

Möglich macht all das der Aufbau der neue entwickelten
Nanostäbchen-LEDs, bei denen drei verschiedene Halbleiter-Materialtypen
zum Einsatz kommen. Einer davon emittiert und absorbiert Licht, während
die anderen beiden steuern, wie Ladung durch das erste Material fließt.
Das erlaubt es der LED, extrem schnell zwischen Emitter und Detektor
umzuschalten – mit einer Frequenz, die drei Größenordnungen höher ist
als die Bildwiederholrate gängiger Displays. Für das menschliche Auge
sieht es also aus, als leuchte ein Bildschirm aus den neuen LEDs
durchgehend.

Bis die Technologie wirklich den Alltag erobert, wird
es freilich noch dauern. Die Forscher haben die Möglichkeiten der
Entwicklung zunächst nur mit roten LEDs demonstriert. Nun arbeiten sie
an RGB-Displays mit Pixeln in den drei Grundfarben. Ein weiterer
Schwerpunkt ist, die Stromgewinnung zu verbessern. "Wir haben noch viel
Arbeit vor uns, ehe sich ein Display völlig selbst mit Strom versorgen
kann", sagt Shim. Das Team geht davon aus, dass es die Fähigkeit seiner
Pixel, Umgebungslicht in Strom zu wandeln, steigern kann, ohne dass die
LED-Performance darunter leidet.

Regenwasser rinnt dank des neuen Verfahrens durch porösen Beton (Foto: wsu.edu)

Pullman (pte002/02.03.2018/06:05) –

Forscher der Washington State University http://wsu.edu mischen faserverstärkte Kunststoffe in zerkleinerter Form unter Beton,
der sich dann als Belag für Fußwege verwenden lässt. Der Clou: Dadurch
wird die Decke porös, sodass Regenwasser zumindest teilweise in den
Boden sickern kann. Die zunehmende Gefahr von Überflutungen bei
Starkregen wird somit reduziert.

Produktionsabfälle von Boeing

Zwar versickert nicht der gesamte Regen, vor allem
nicht dann, wenn es wie aus Eimern gießt. Doch die Kanalisation, die die
Wassermassen in solchen Fällen oft nicht mehr fassen kann, wird
entlastet. Schon jetzt setzen viele Städte in den USA auf wenig
befahrenen Straßen und auf Parkplätzen porösen Beton ein. Doch der ist
nicht sonderlich haltbar.

Da kommen die Dozenten Karl Englund und Somayeh Nassiri
vom Lehrstuhl für Bau- und Umwelt-Engineering ins Spiel. Sie mischten
zershredderte Produktionsabfälle aus der Bauteilefertigung von Boeing
unter Beton. Sie setzten mechanische Mühlen ein, um die Reste aus
Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff (CFK) auf die in Experimenten
ermittelte optimale Größe zu bringen.

Bessere Haltbarkeit und Festigkeit

Der Zuschlagstoff verbesserte die Haltbarkeit und auch
die Festigkeit des porösen Betons. "Die Qualität entspricht der von
normalem Beton", sagt Nassiri. "Und das Wasser sickert sehr schnell
hindurch." Die Zuschlagmengen seien so groß, dass es sich für Recycler
lohne, das Material zu zerkleinern, sodass es von der Industrie genutzt
werden kann, so die Forscher.

"Wir haben es mit Abfall zu tun. Da geht es nicht an,
dass man eine Menge Geld in die Hand nehmen muss, um ihn zu nutzen. Der
Schlüssel ist, den Energieverbrauch und die Kosten zu minimieren",
ergänzt Englund. Das sei mit dem neuen Verfahren gelungen. Jetzt suchen
die Forscher konkrete Anwendungen für ihre Innovation, denn bisher gibt
es nur Laborerfahrungen.