Technologie

Informationsdienst Technologie und Innovationen: KW 12

Materialwissenschaften:
1. Energieeffizientere Speichertechnik erhöht Akkulaufzeiten
2. Neue Materialen verfünffachen Akku-Batterieleistung
3. Kostengünstige Herstellung von Silizium-Nanodrähten entwickelt
4. EU-Forschungsprojekt für glashaltige High-Tech-Verbundwerkstoffe
5. Optimierter geopolymerer Baustoff gegen Erosion
6. Monopol für widerstandsfähige Glasdisplays gebrochen
7. EU beschließt Exportverbot und Endlager für Quecksilber

Biotechnologie:

8. Forschungsvorhaben „Zellfreie Bioproduktion“

Luft- und Raumfahrt:

9. Russischer Sukhoi Superjet 100 vor Erstflug
10. NASA testet neue Raumanzüge für Mars-Mission
11. USA mieten russische Sojus-Kapsel bis 2016

Medizin und Gesundheit:

12. Afrikanischer Trinkwasserfilter im Teebeutelformat
13. Körperverträgliche Nanovesikel für die Medizin hergestellt
14. Mit Salzwasser gegen Krankenhauskeime

 

Materialwissenschaften:

 

Energieeffizientere Speichertechnik erhöht Akkulaufzeiten
Wissenschaftler der University of Illinois haben eine neue, hoch energieeffiziente Speichertechnologie entwickelt. Der Strombedarf zum Schalten eines Speicherbits ist von dessen Größe abhängig. Die Verkleinerung des Speichers aus Phasenwechselmaterialien, indem die als Leiterkontakt üblichen Metalldrähte durch Kohlenstoff-Nanoröhren ersetzt wurden, hat daher den zum Schalten von Speicherbits benötigten Strom um den Faktor 100 reduziert. Im Ergebnis sind deutlich höhere Akkulaufzeiten bei mobilen batteriebetriebenen Geräten wie beispielsweise Laptops und Smartphones möglich – die Laufzeit könnte somit Wochen bis Monate bis zum erneuten Aufladen betragen. Auch Satelliten könnten mit dieser Technologie ausgestattet mit leichteren Batterien auskommen, was sie kleiner und ihren Start billiger macht. Auch Rechenzentren könnten mit solchen energieeffiziente Speichern deutlich an Strom und damit an Kosten einsparen.

 

Neue Materialen verfünffachen Akku-Batterieleistung
Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) werden unter anderem neue Batteriematerialien getestet. Da bei herkömmlichen Lithium-Ionen Batterien nur noch geringe Verbesserungen erwartet werden, wurde bei der Batteriearchitektur und den verwendeten Materialien experimentiert. Die Verwendung von Eisen-Kohlenstoff-Materialien hat nun die Speicherdichte von Akku-Batterien um bis zu den Faktor Fünf verbessert. Das zum Patent angemeldete Herstellungsverfahren ist zudem einfach und kostengünstig. Auch das Problem der Zyklenstabilität bei mehrmaligem Aufladen wurde erfolgreich gelöst. Für den neuen Batterietyp werden die Ausgangsmaterialien Eisen und Kohlenstoff mit einem Lithiumsalz vermischt. In einem einzigen Verfahrensschritt bilden sich dann beim Erhitzen nanoskalige Speichereinheiten aus, die gleichzeitig von entstehenden Leiterbahnen aus Kohlenstoffdrähten durchzogen sind. Die Energiespeicherfähigkeit liegt heute schon beim Doppelten der derzeit gängigen Batterien, die Steigerung auf den Faktor fünf sei möglich. Dies ist ein weiterer Durchbruch zum Speichern Erneuerbarer Energien, für die Elektromobilität und allgemein mobile elektronische Geräte.

 

Kostengünstige Herstellung von Silizium-Nanodrähten entwickelt
Max-Planck-Forscher haben eine neue Methode für die kostengünstige Herstellung von Silizium-Nanodrähten entwickelt. Nanodrähte aus Halbleitermaterialien wie Silizium gelten als Schlüsselmaterialien für die Entwicklung von preiswerteren und effizienteren Solarzellen, für Batterien mit erhöhter Speicherkapazität und als wichtige Bausteine für die verkleinerte Elektronik der Zukunft, der Nanoelektronik. Bislang war jedoch die Herstellung von Halbleiter-Nanodrähte im industriellen Maßstab sehr teuer: Temperaturen von 600-900°C und teure Katalysatoren wie Gold treiben die Produktionskosten. Den Forschern gelang es nun, die Halbleiter-Nanodrähte bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von 150°C herzustellen und dabei preiswerte Katalysatoren wie Aluminium einzusetzen. Die größten Vorteile der neuen Methode sind folglich, dass sie ohne hohe Substrattemperaturen, sowie ohne teure Katalysatoren auskommt. Zudem können Materialforscher die Größe der Aluminiumkörner und damit die Form des Aluminiumkorngrenzen-Netzwerks je nach Bedarf variieren und so das gewünschte Muster von Silizium-Nanodrähten herstellen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich mit der neuen Technik nanostrukturierte Silizium-Bauteile auf die meisten Kunststoffe direkt aufbringen lassen, selbst wenn diese hitzeempfindlich sind.

 

EU-Forschungsprojekt für glashaltige High-Tech-Verbundwerkstoffe
Die EU fördert ein Forschungsprojekt zur Optimierung von High-Tech-Gläsern, Glaskeramiken und glashaltigen Verbundwerkstoffen. Damit sollen innovative, kostengünstige und umweltverträgliche Materialien und Fasern aus Glas entwickelt werden. Ein viel versprechendes Anwendungsfeld liegt beispielsweise in der Medizin. Bioaktive, sich mit der Zeit abbauende Glaskeramiken können als Knochenersatzwerkstoff in der regenerativen Medizin Medikamente gezielt und damit verträglicher lokal vor Ort freisetzen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt in dem Bereich der Erzeugung sauberer Energien (z.B. Brennstoffzellen) und als umweltverträglicher Strukturwerkstoff, der mittels thermischer Behandlung von glashaltigen Reststoffen, beispielsweise aus Rückständen der Müllverbrennung, gewonnen wird.

 

Monopol für widerstandsfähige Glasdisplays gebrochen
Vor vier Jahren hat der US-amerikanische Spezialglashersteller Corning das „Gorilla-Glas“ für Displays auf den Markt gebracht. Es verbindet Härte mit Biegsamkeit und ist vier- bis siebenmal stärker, zwei- bis dreimal dünner und um ein Viertel leichter als normales Fensterglas. Im Gegensatz zu Plastik verkratzt es weniger schnell und lässt das Licht besser hindurch. Seit dem hält das US-Unternehmen das Monopol auf widerstandsfähige Glasdisplays, gefragt bei Smartphones und Tablet-Computern. Nun dringt erstmals Konkurrenz auf den Markt: Der japanische Glas- und Chemiekonzern Asahi hat Anfang des Jahres bereits seine Entwicklung vorgestellt. Auch der deutsche Spezialglas- und Keramikhersteller wird im April ein Konkurrenzprodukt präsentieren.

 

Optimierter geopolymerer Baustoff gegen Erosion
Ein um die Universität Greifswald eingerichtetes deutsches Verbundforschungsvorhaben entwickelt derzeit einen optimierten geotechnischen Baustoff. Er soll zur Stabilisierung bei unsicheren Bau- und Geländeregionen Anwendung finden, sowie auch zum Schutz unterirdischer oder exponierter Bauwerke gegen Wind, Wasser und Erosion. Grundlage des neuen und robusteren Baustoffs ist die Höherveredelung des Friedländer Blautons zu einem geopolymeren Bindersystem. Geopolymere weisen ähnlich wie natürliche Gesteinsmaterialien eine sehr hohe Beständigkeit und extreme Härte auf. Der neuartige, langlebige und auch CO2 freie Zement soll in erster Linie bei exponierten Deich- und Küstenschutzanlagen sowie zur Abdichtung von unterirdischen Bauwerken wie Untergrundspeichern, geothermischen Anlagen und erdverlegten Rohrleitungssystemen eingesetzt werden. Zusammen mit einem konkurrenzfähigen Prototyp soll gleichzeitig auch eine technische Anlage entwickelt werden.

 

EU beschließt Exportverbot und Endlager für Quecksilber
Die Vereinten Nationen arbeiten bereits seit zwei Jahren an einer weltweiten Quecksilberkonvention (bis voraussichtlich 2013). Die Konvention soll dabei sämtliche Bereiche der Erzeugung, Verwendung und Freisetzung des hochgiftigen Schwermetalls und seiner Produkte umfassen. Die EU ist in diesem Prozess schneller und hat nun bereits zum 15. März 2011 ein Exportverbot für das Schwermetall inkraft gesetzt. Bis 2020 sollen dann alle 30 noch bestehenden Anlagen in der EU auf quecksilberfreie Prozesse umgerüstet oder andernfalls ersetzt werden. In den nächsten Jahren werden jedoch in Europa noch mehrere tausend Tonnen Alt-Quecksilber anfallen. Diese sollen in 50-Tonnen-Edelstahlbehälter zunächst zwischengelagert und dann mit Schwefel, Kies, Sand und Ton in ein steinähnliches Material verwandelt endgelagert werden.

 

Biotechnologie:

 

Forschungsvorhaben „Zellfreie Bioproduktion“
Das Fraunhofer- Forschungsprojekt „Biomoleküle vom Band“, bestehend aus acht Fraunhofer-Instituten, soll eine zellfreie Biotechnologie der nächsten Generation entwickeln. Das Bildungs- und Forschungsministerium BMBF fördert das Vorhaben mit 15 Mio. Euro, weitere 6 Mio. Euro steuert die Fraunhofer-Gesellschaft hinzu. Damit soll Deutschland als weltweit zweitwichtigster Biotechnologiestandort weiter gestärkt werden. Die zellfreie Biotechnologie der nächsten Generation soll proteinbasierte Produkte ohne Rückgriff auf Zellen oder Mikroorganismen erzeugen. Durch diesen Ansatz würden dann hochreine Proteine entstehen, wodurch die kostenintensive Proteinaufreinigung bei herkömmlichen Produktionsverfahren wegfallen würde. Das neue Verfahren soll zugleich möglichst schnell für die industrielle Fertigung, zum Beispiel für die Produktion von Medikamenten, umgesetzt werden.

 

Luft- und Raumfahrt:

 

Russischer Sukhoi Superjet 100 vor Erstflug
Der russische Flugzeugbauer Suchoi hat zusammen mit dem US-Flugzeugbauer Boeing das Joint Venture „Suchoi-Zivilflugzeuge“. Am 12. April, dem Tag der Weltraumfahrt, wird das erste Serienflugzeug Sukhoi Superjet 100 (SSJ) seinen ersten Flug mit Passagieren absolvieren. Der SSJ-100 ist für bis zu 98 Passagieren und eine Entfernung von bis zu 4.400 Kilometern ausgelegt. Derzeit liegen 122 Aufträge für das Flugzeug vor.

 

NASA testet neue Raumanzüge für Mars-Mission
Die US-Raumfahrtbehörde NASA testet derzeit einen 100.000 Euro teuren neuen Hightech-Raumanzug "NDX–1" in der Antarktis. Der Anzug sei für die auf 2035 angesetzte Expedition zum Nachbarplaneten Mars konzipiert. Der Anzug besteht aus mehr als 350 Materialien, darunter Kevlar- und Karbonfasern, um ihn leicht und gleichzeitig extrem robust zu machen. Auf dem Mars kommen Staubstürme mit mehreren Hundert Kilometern pro Stunde vor, die Temperaturen sinken auf bis zu 90 Grad unter null.

 

USA trampen noch bis 2016 mit russischer Sojus-Kapsel zur ISS
Das US-Space-Shuttle-Programm wird aus Altersgründen der Shuttles (sowie der hohen Kosten dieses Systems) noch in diesem Jahr auslaufen. Mit Russland waren bislang als Ersatz lediglich die Mitflüge zur ISS in den russischen Sojus-Kapseln bis 2013 vereinbart. Allein für die vier Plätze im Jahr 2013 zahlt die NASA dabei 335 Mio. Dollar. Die beiden Raumfahrtbehörden haben nun für den Zeitraum 2014 bis Juni 2016 weitere zwölf Plätze vereinbart. Der Preis wurde allerdings nicht genannt. Auch ein Zeitpunkt für den Ersatz der US-Raumfähren ist noch nicht bekannt.

 

Medizin und Gesundheit:

 

Afrikanischer Trinkwasserfilter im Teebeutelformat
Der Zugang zu sauberem Trinkwasser ist in Afrika immer noch ein großes Probleme für Millionen Menschen. An der südafrikanischen Universität von Stellenbosch in der Provinz Westkap wurde nun ein einfacher und billiger Trinkwasserfilter im Teebeutelformat entwickelt. Das Kleinst-Filtersystem passt in die Öffnung einer gängigen Wasserflasche und schützt vor wasserbedingten, tödlichen Krankheiten wie Cholera, Durchfall, Typhus, und Hepatitis.

 

Körperverträgliche Nanovesikel für die Medizin hergestellt
Chemiker des Princess Margaret Hospitals in Toronto haben blasenförmige Nanopartikel hergestellt, die als Medikamententransporter oder Tumormarker zum Einsatz kommen könnten. Im Unterschied zu ähnlichen Nanopartikeln bestehen sie allerdings aus körperverträglichen organischen Stoffen und können daher ohne Gesundheitsgefahr abgebaut werden. Die Nanostrukturen bestehen aus Lipiden und organischen Farbstoffen, die in verwandter Form unter anderem in Hämoglobin und Chlorophyll existieren. Die Substanzen haben sich dann selbstständig zu kugelförmigen Gebilden mit doppellagiger Wandstruktur aneinanderlagert (rund 100 Nanometer Durchmesser). Diese lassen sich nun mit Wirkstoffen füllen und könnten dazu gebracht werden, an Krebszellen anzudocken und ihre Medikamentenfracht freizusetzen. Die Vesikel weisen zudem verschiedene nützliche optische Eigenschaften auf: Sie beginnen zu fluoreszieren, sobald sie in Tumoren eindringen, was zu deren Erkennung bei bildgebenden Verfahren dienen könnte. Die Partikel absorbieren außerdem Licht bestimmter Wellenlängen besonders gut, weshalb sie sich zur fotodynamischen Therapie eignen würden. Dabei wird entartetes Gewebe unter Laserbestrahlung so weit erhitzt, bis sich das kranke Gewebe soweit aufgeheizt hat, bis es abstirbt. Der Vorteil der jetzt entwickelten Nanopartikel ist aber vor allem deren Ungefährlichkeit für den Organismus, selbst in sehr hohen Konzentrationen.

 

Mit Salzwasser gegen Krankenhauskeime
Kanadische Wissenschaftler der University of Alberta in Edmonton haben eine Studie zu Desinfektionstüchern bei den gefürchteten Krankenhauskeimen durchgeführt. Das erstaunliche Ergebnis: Mit einem mit Salzwasser befeuchteten Tuch lassen sich Kunststoffoberflächen genauso wirkungsvoll von Bakterien befreien wie mit Desinfektionstüchern. Einzige Voraussetzung: Man muss mindestens dreimal über die Oberfläche wischen. Bei nur einmaligem Abwischen seien allerdings die Desinfektionstücher mit Alkohol oder Bleichmitteln klar im Vorteil. Waren die Wissenschaftler dreimal mit den feuchten Tüchern über den Kunststoff gegangen, hatten sie auf diese Weise 88 Prozent mehr Keime entfernt als mit einer einmaligen Desinfektion. Das galt sowohl für die üblichen Desinfektionsmittel als auch für das Salzwasser. Fünfmal wischen bringt keinen weiteren Vorteil.

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