Technologie

Informationsdienst Technologie und Innovationen: KW 16

Luft- und Raumfahrt:
1. Technologiesprung: Forschung für leisere und effizientere Flugzeuge
2. Deutschland bekommt eigene Militärdrohnen erst Mitte 2012
3. Indien hat erneut Satelliten ins All geschossen – diesmal jedoch erfolgreich
4. Space Shuttle Endeavour mit ihrem letztem Flug am 29. April

Energie:

5. Chinesisches Gras zum Heizen, Bauen, als Energieträger und Kunststoff
6. Spezialglas mit Mehrfachreflektion erhöht Leistung von PV
7. Kontroverse über die Förderungskürzung der Kernfusion

Technologie und Materialforschung:
8. Selbstheilende Autolacke durch UV-Licht
9. Effizientere Technik zum Kupferschweißen
10. Forschung zur optimierten Qualitätsprüfung von Werkteilen

Medizin:
11. Atemtest zur Früherkennung von Krebs
12. Lichtadjustierbare Linse gegen extreme Fehlsichtigkeit

 

Luft- und Raumfahrt:

 

Technologiesprung: Forschung für leisere und effizientere Flugzeuge
An dem Forschungsflughafen Braunschweig entwickeln 50 Forscher von 17 Instituten der Universitäten Braunschweig und Hannover sowie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) neue Konzepte für die Flugzeuge der Zukunft. Die Zielvorgaben bis zum Jahr 2020 stammen vom Europäischen Forschungsrat für Luft- und Raumfahrt (ACARE), der aus Vertretern der Industrie, Forschung, Luftfahrt und Politik zusammengesetzt ist: Reduzierung des Treibstoffverbrauchs und der Kohlendioxid-Emissionen je Fluggast und Kilometer um 50 Prozent, Reduzierung der Stickoxid-Emissionen um 80 Prozent, Verringerung des Lärms um 50 Prozent sowie Verminderung der schweren Unfälle bei Starts und Landungen um 80 Prozent. Für das Großprojekt „Bürgernahes Flugzeug“ stehen für die nächsten fünf Jahre elf Millionen Euro zur Verfügung, die Hälfte davon von dem Land Niedersachsen. Projektleiter Professor Peter Hecker vom Institut für Flugführung der TU Braunschweig: „In der Summe aller neun Teilprojekte wird es einen richtigen Technologiesprung geben.“ Flugzeuge werden dann leichter und aerodynamischer gebaut, was den Spritverbrauch senkt. Die Triebwerke werden gleichzeitig deutlich leistungsstärker und leiser. Dadurch können die Startbahnen verkürzt werden und die Lärmbelastung für die Anwohner sinkt. Neue Assistenzsysteme erhöhen die Sicherheit und eine stärkere Automatisierung und Effizienzsteigerung der Flughäfen soll eine Verdreifachung der Passagierzahlen zulassen.

 

Deutschland bekommt eigene Militärdrohnen erst Mitte 2012
Die deutsche Luftwaffe wartet auf ihre ersten unbemannten Spionagegroßflugzeuge. Ursprünglich war ein Zulauf der von der EADS-Rüstungstochter Cassidian und Northrop Grumman gebauten Drohne für das laufende Jahr 2011 geplant. Zusätzliche Tests der Hersteller verzögern jedoch die Auslieferung auf das zweite Quartal 2012. Die Kosten für das Demonstrationsmodell liegen bei rund 500 Millionen Euro. Der Euro Hawk basiert auf dem US-Modell Global Hawk, der weltweit größten unbemannten Drohne, und daher eine Spannweite von fast 40 Metern. Die von der Bundeswehr angeforderte Variante ist für die elektronische Aufklärung aus großer Höhe (bis 18 km) konstruiert. Dafür baut das Rüstungsunternehmen Cassidian in Deutschland eine Spezialelektronik zum Abhören und Aufspüren von Funkverkehr ein. Die Flugdauer soll mehr als 30 Stunden dauern. Bislang hat die Bundeswehr drei israelische „Heron 1“ Drohnen für drei Jahre zum Preis von 110 Millionen Euro geleast. Peinlich jedoch: Direkt nach dem ersten Testflug der ersten in Afghanistan eingetroffenen „Heron 1“ prallte die Drohne am 17. März 2010 auf einem Flugplatz in Nordafghanistan gegen eine stehende Transall-Transportmaschine und wurde dabei so schwer beschädigt, dass es nicht mehr einsetzbar war.

 

Indien hat erneut Satelliten ins All geschossen – diesmal jedoch erfolgreich
Probleme bereiten der indischen Weltraumagentur die schweren Satelliten. Während sich die leichtere PSLV-Rakete als „Arbeitstier“ erweist, scheiterten die letzten vier Starts der schweren GSLV-Rakete für schwerere Satelliten. Im April 2010 war eine GSLV-Rakete erstmals mit einem Beschleunigungsblock aus eigener indischer Produktion ausgerüstet kurz nach dem Start wegen eines Defektes in der Turbopumpe in den Golf von Bengalen gestürzt. Im Juli 2010 konnten dann fünf Satelliten erfolgreich ins All gebracht werden. Im Dezember 2010 gab es jedoch wieder einen herben Rückschlag, als die schwere indische Rakete GSLV mit einem teuren Kommunikationssatelliten an Bord 47 Sekunden nach dem Start spektakulär explodierte. Nun gelang es, gleich drei Satelliten erfolgreich im All auszusetzen – allerdings wieder mit der leichteren PSLV-Rakete: den 1,2 Tonnen schweren Resourcesat-2 zur Fernsondierung der Erde, den russisch-indischen Forschungssatelliten YouthSat (93 kg) und den singapurischen Satelliten X-Sat. Indien plant bis 2016 die vierte Nation mit einem eigenen bemannten Weltraumprogramm zu werden, nach Russland, den USA und China.

 

Space Shuttle Endeavour mit ihrem letztem Flug am 29. April
Die US-Raumfähre „Endeavour“ wird am 29. April zu ihrem letzten Flug ins All aufbrechen. Dies wird der insgesamt vorletzte Flug eines US-Space-Shuttles. Sie wird den Alpha-Magnetspektrometers 2 zur ISS bringen. Das Gerät dient der Ergründung der Antimaterie und der unsichtbaren dunklen Materie und ist der erste Magnetspektrometer, der bisher ins All gebracht wird. Die Entscheidung für den Starttermin der Endeavour sei nicht im Hinblick auf die an dem gleichen Tag stattfindende Hochzeit des britischen Prinzen William und seiner Verlobten Kate Middleton getroffen worden. Laut eines NASA-Sprechers werden Hochzeitsdaten nicht in den NASA-Kalender eingetragen. Ende Juni wird dann die „Atlantis“ die Space-Shuttle-Ära endgültig beschließen. US-Präsident Obama hatte 2010 die Einstellung des Programms aus Kostengründen verkündet.


Energie:


Chinesisches Gras zum Heizen, Bauen, als Energieträger und Kunststoff
Das Chinagras Miscanthus ist enorm vielseitig: Der regenerative Rohstoff dient sowohl als Grundstoff für biologische Kunststoffe, als Baumaterial, zum Heizen und auch zur Herstellung von Wasserstoffgas als Energieträger. Damit hat das leicht kultivierbare Grün das Potential, die fossilen Energieträger Erdöl, Kohle und Ergas nicht nur in der Energieversorgung sondern auch in Industrieprodukten zu ersetzen. Ein wichtiges Augenmerk der an dieser Biomasse forschenden Universität Bonn ist es jedoch, dass die Produktion von Pflanzen zur Energiegewinnung nicht in Flächenkonkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion tritt. Dafür muss die Biomasse möglichst schnell wachsen, möglichst wenig Platz benötigen und einen möglichst hohen Ertrag haben. Das chinesische Gras gilt dabei als Turbo-Gras. Miscanthus wächst im Frühjahr bis zu fünf Zentimeter am Tag und ist mehrjährig. Man pflanzt sie einmal und kann sie dann über zwanzig Jahre lang nutzen. Die Nutzungseffizienz lässt sich an dem Mehrwert an Energie ablesen: Bei Raps, der in Europa am häufigsten als Energieträger genutzt wird, ist das Verhältnis zwischen der Energie, die man hineinstecken muss und der die man hinausbekommt nur eins zu zwei. Bei Miscanthus hingegen ist es eins zu fünfzehn. Gehäckselt und als Pellets gepresst ergibt das pro Jahr und Hektar soviel brennbares Material wie etwa 8.000 Liter Heizöl. Das Chinagras bietet auch den Grundstoff für einen Leichtbeton, als Dämmstoff, zum Dachdecken und sogar für Kunststoffe.

 

Spezialglas mit Mehrfachreflektion erhöht Leistung von PV
Der niederländische Spezialglashersteller Saint-Gobain hat ein spezielles Glas für Solarmodule entwickelt, dessen Prismenglasoberfläche eine Mehrfachreflektion des Sonnenlichts ermöglicht. Wenn das Sonnenlicht auf das Glas trifft, wird ein Teil davon zurück ins Glas gelenkt und trifft dann erneut auf die darunter liegende Solarzelle. Das deutsche Solarunternehmen Alpinsun hat nun ein entsprechendes Hochleistungsmodul auf den Markt gebracht. Die spezielle Glasoberfläche ermöglicht dabei eine Ertragssteigerung von 3,5 Prozent bei senkrechter Sonneneinstrahlung und sogar bis zu 20 Prozent bei Schrägeinstrahlung.

 

Kontroverse über die Förderungskürzung der Kernfusion
In dem geplanten „Internationalen thermonuklearen Experimentalreaktor“ (Iter) soll ab 2018 die Kernfusion erforscht werden. In dem Prozess verschmelzen die Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium zu Helium-Atomen und setzen dabei gigantische Mengen nutzbarer Energie frei: Ein Gramm Brennstoff könnte 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen, das entspricht der Verbrennungswärme von 11 Tonnen KohleDie Reaktion gilt als sicher, da sie sich anders als bei der Kernspaltung nicht verselbstständigen kann. Allerdings sind die Probleme, die Kernreaktion überhaupt am Laufen zu halten, enorm: Das Plasma muss von einem starken Magnetfeld eingeschlossen auf über 100 Millionen Grad Celsius erhitzt werden. Aufgrund dieser Herausforderung dürfte die Technologie erst ab 2050 kommerziell nutzbar sein – zu diesem Zeitpunkt werden die Industrieländer ihren CO2-Ausstoß allerdings aufgrund der internationalen Klimaabkommen und durch die Weiterentwicklung der Erneuerbaren Energien bereits um 80 bis 95 Prozent reduziert haben. Die Notwendigkeit des Projekts wird damit in Frage gestellt. Zur erneuten Diskussion haben jetzt die ausufernden Kosten beigetragen. Die Kosten für den Experimentalreaktor Iter haben sich mit dem Stand von Mitte 2010 bereits von fünf auf 15 Milliarden Euro verdreifacht (Europa trägt 50 Prozent, den Rest die USA, China, Russland, Japan, Indien und Südkorea). Kritiker argumentieren daher, diese Forschung würde die gegenwärtige Energiewende behindern und den finanziellen Rahmen für andere sinnvolle Vorhaben beschränken. So hatte dann auch die EU (Europäische Atomgemeinschaft) im November 2010 ihr Engagement für Iter bekräftigt, aber gleichzeitig den europäischen Beitrag zur Bauphase des Iter bis 2020 auf 6,6 Milliarden Euro begrenzt und zugleich den anerkannten Bedarf von 1,4 Milliarden Euro in den Jahren 2012-2013 um 100 Millionen Euro zu reduzieren. Der Bundesrat hatte diesem Beschluss zur Beschränkung der Kernfusionsforschung am letzten Freitag zugestimmt. Wiederspruch kommt nun allerdings aus Berlin. Bundeskanzlerin Angela Merkel und Bundesforschungsministerin Annette Schavan bekräftigten am Rande des Energiegipfels in Berlin das Festhalten an den deutschen Forschungsprojekten zur Kernfusion. Dabei geht es vor allem um den Greifswalder Standort des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik, an dem mit dem Experiment „Wendelstein 7-X“ die Grundlagen der extrem Leistungsstarken Magnetfelder für den Einschluss des Plasmas erarbeitet werden. Merkel: Der Bund werde seine Mittel für „Wendelstein 7-X“ nicht kürzen „Wir werden das Forschungsprojekt nicht aufgeben.“


Technologie und Materialforschung:


Selbstheilende Autolacke durch UV-Licht
Ein Team von Schweizer und US-amerikanischen Wissenschaftlern (Universität Fribourg und die University in Cleveland) hat eine Beschichtung aus Kunststoff und eingelagerten Metallteilchen entwickelt, mit der sich beispielsweise Kratzer in Autolacken selbstständig reparieren lassen. Dafür verknüpften die Forscher spezielle, durchsichtige Kunststoffe mit Zink-Ionen, zu einem so genannten metallosupramolekularen Polymer. Unter intensivem UV-Licht heizen sich die Metallanteilen binnen 30 Sekunden auf bis zu 220 Grad auf und bringen das Material zum Schmelzen, wodurch die Kratzer spurlos verschlossen werden. Erste Prototypen dieser selbstheilenden Schichten wurden bereits entwickelt. Nun sei laut der Forscher die Industrie gefordert, die Idee aufzugreifen und anwendungsreife Produkte zu entwickeln. Weitere Einsatzmöglichkeiten liegen bei Linsen, Gläsern, Sonnenbrillen und ähnlichem.

 

Effizientere Technik zum Kupferschweißen
Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat ein neues Verfahren für das Mikroschweißen von Kupfer entwickelt, das höhere Qualität und eine erheblich verbesserte Prozesssicherheit gewährleistet, bei einem gleichzeitig um bis zu 40 Prozent reduziertem Energieverbrauch. Zudem konnte auch das Prozessfenster hinsichtlich der Laserparameter deutlich erweitert werden. Bislang gab es bei Buntmetallen wie Kupfer Probleme bei Laserschweißprozessen, da durch ihre hohe Reflektivität die resultierenden Schweißergebnisse sehr unterschiedlich sind, was eine geringe Prozesssicherheit bedingt. Abhilfe schafft nun das neu entwickelte Laser-Vorpulsmodul. Mit einer Pulsspitzenleistung von max. 1 MW und einer Pulsdauer von wenigen Nanosekunden wird der Schweißprozess einleitet. Dieser kurzgepulste Festkörperlaser ist frequenzkonvertiert und sichert aufgrund seines hohen Absorptionsgrades stabile Anfangsbedingungen für die nachfolgende energiereiche IR-Strahlung des herkömmlichen Schweißlasers. Auch nach 200 Wiederholungen zeigte sich ein gleichmäßiges Schweißbild mit einer 100-prozentigen Schweißwahrscheinlichkeit. Das neue Laser-Vorpulsmodul ist zudem klein und preisgünstig. Kupferlegierungen finden vor allem in der Elektronik, Feinwerktechnik und Sensorik Anwendung, mit hohen Anforderungen an Temperaturbeständigkeit sowie der mechanischen Belastbarkeit der geschweißten Punktverbindungen.

 

Forschung zur optimierten Qualitätsprüfung von Werkteilen
In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Forschungsprojekt „eosMetrology“ der Universität Stuttgart soll ein optimiertes Messsystem zur Qualitätsprüfung von Werkteilen zur Serienreife gebracht werden. Ein dem zugrunde liegende konfokales Mikroskop war zuvor bereits an dem Institut für Technische Optik (ITO) entwickelt worden. Das konfokale Mikroskop kann Abweichungen in mikroskopisch kleinen Oberflächenstrukturen von Werkteilen aufdecken. Die konventionellen taktilen Messgeräte, die mit berührenden Sensoren Oberflächen Stück für Stück abtasten, haben die erheblichen Nachteile einer langen Untersuchungsdauer, sowie dass sie keine flächigen Messwerte liefern. Das konfokale Mikroskop hingegen kann relativ schnell virtuelle optische Schnitte von einem Objekt machen, die dann an einem Computer zur räumlichen Darstellungen zusammengesetzt werden. Im Vergleich zu anderen optischen Messgeräten ist das neue konfokale Mikroskop klein und leicht, wodurch es für die Fertigungskontrolle direkt in die Fertigungsmaschinen integriert werden kann. Zudem versprechen sich die Forscher eine bessere Qualität und eine deutlich günstigere Herstellung. Einsatzbereiche eröffnen sich beispielsweise um Mikrooptiken zu kontrollieren oder die Qualität von Wafern zu überprüfen, sowie um die Mikrostruktur von jeglichen Oberflächen, wie von Schneidkanten oder Druckwalzen, zu überprüfen.


Medizin:


Atemtest zur Früherkennung von Krebs
An dem „Technion – Israel Institute of Technology“ wurde in einer vorbereitenden Studie nachgewiesen, dass ein einfacher Atemtest die entscheidenden Molekülmuster erkennen kann, die im Atem von Patienten die chemischen Signale einer Krebserkrankung der Lungen, des Kopfes oder im Nackenbereich anzeigen. Krebserkrankungen des Kopfes und des Nackens werden aufgrund einer komplizierten Diagnose häufig erst spät diagnostiziert, was eine erfolgreiche Behandlung zusätzlich erschwert, daher sind neue Diagnoseverfahren hier besonders wichtig. Die Wissenschaftler entwickeln nun ein entsprechendes Gerät für die klinische Anwendung mit der Bezeichnung „Nano Artificial Nose“. Da sich die Forschungsarbeit jedoch noch in einem sehr frühen Stadium befindet, wird es noch einige Jahre dauern, bis ein entsprechender Atemtest zur Praxisreife entwickelt ist.

 

Lichtadjustierbare Linse gegen extreme Fehlsichtigkeit
Mit 650.000 Eingriffen pro Jahr gehört der Ersatz getrübter Augenlinsen zu den häufigsten Operationen in Deutschland. Seit drei Jahren werden an zwei als „Center of Excellence“ ausgewählten Universitäts-Augenkliniken innovative lichtadjustierbare Linsen (LAL) erprobt – mit sehr guten Resultaten. Die Studien haben bestätigt, dass die Sicht dauerhaft gut bleibt und sich die Linse auch für eine extreme Fehlsichtigkeit eignet. Die lichtadjustierbare Linse ist mit kurzen Silikonmolekülen gefüllt, die sich bei UV-Bestrahlung einer bestimmten Wellenlänge verketten und dann das Bestreben haben, das Konzentrationsgefälle kurzer Moleküle auszugleichen, wodurch sich die Linse verdickt. Damit lässt sie sich durch zielgenaue Bestrahlung beliebig formen und nach einem Alltagstest auch individuell nachjustieren und anschließend – ebenfalls mit UV-Licht – fixieren. Sogar bei den stark fehlsichtigen Augen wich die Sehschärfe bei zwei Dritteln der Patienten nur maximal 0,25 Dioptrien vom Zielwert ab. Bei einer normalen Fehlsichtigkeit betrug der Wert 95 Prozent. Damit konnten selbst Patienten mit Grauem Star wieder ohne Brille lesen, am Computer arbeiten oder Autofahren.

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