Technologie

Informationsdienst Technologie und Innovationen: KW 51

Energie:
1. Fraunhofer Forschungsanlage für Dünnschichtsolarzellen:
2. Umweltbilanz von Lithium-Akkus verbessert:
3. Windkrafträder mit positivem Effekt auf das Pflanzenwachstum:
4. Energieeinsparung bei Hochgeschwindigkeitszügen:
5. Ölplattform über Versorgungskabel effizienter von Land aus versorgt:

Forschung:
6. Fabriksimulation für KMU:
7. Forschungs-Neutronenquelle FRM II in Garching:
8. Startschuss für das russische „Silicon Valley“:
9. Bewegte Bilder für die Nanowelt:
10. Online-Zentrum für Klimawissenschaften:
11. Weltweit größtes Neutrino-Teleskop am Südpol fertig gestellt:

Materialwissenschaften:
12. High-Tech Textilien aus Deutschland schützen vor Strahlungsquellen:

Informationstechnologie:
13. CMOS- Mikrochip mit integrierter Solarzelle:

Sonstiges:
14. Mach 5 | Geschwindigkeitsrekord mit einer Railgun
15. Roboter sprintet mit künstlicher Oberschenkelmuskulatur:

 

Energie:

 

Fraunhofer Forschungsanlage für Dünnschichtsolarzellen:
Das Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden hat eine Vakuum-Clusteranlage in Betrieb genommen, mit der sich (in Deutschland einmalig) die einzelnen Produktionsschritte bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen beliebig kombinieren lassen. Die Clusteranlage wurde im Rahmen der Initiative „Solarfabrik 2020“ entwickelt und durch Mittel des Konjunkturprogramms 1 finanziert. Ziel ist es, den Prozess weiter zu optimieren und dadurch die Herstellungskosten drastisch zu senken, sowie auch die Entwicklungen in der Dünnschichtphotovoltaik wesentlich zu beschleunigen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen dann als Vorlage für industrielle in-line Anlagen zur Massenherstellung von Dünnschichtsolarzellen dienen (Zielgröße: Beschichtungskosten von einigen wenigen Euro pro Quadratmeter.

 

Umweltbilanz von Lithium-Akkus verbessert:
Forscher des französischen Zentrums für wissenschaftliche Forschung CNRS
arbeiten an der Entwicklung eines organischen Lithium-Akkus. Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind die derzeit leistungsstärksten Akkus, mit der größten Speicher- und Abgabekapazität von elektrischer Energie. Problematisch sind allerdings die umweltbelastenden Substanzen. Daher wollen die Forscher nicht nachwachsende Rohstoffe durch organische ersetzen, die dann am Ende ihres Lebenszyklus verbrannt werden können, während das wertvolle Lithium vollständig wiederverwertet wird. Dies wäre eine erhebliche Vereinfachung des Recyclingprozesses.

 

Windkrafträder mit positivem Effekt auf das Pflanzenwachstum:
Einer US-Studie zufolge haben Windkraftanlagen einen positiven Effekt auf das Pflanzenwachstum in ihrer Umgebung. Die WEA erhöhen demnach den Luftstrom auf die Pflanzen, gleichen dadurch Temperaturschwankungen aus und reduzieren die Feuchtigkeit, was wiederum die Ausbreitung von Pilzerkrankungen eindämme. Zudem liefert der Luftstrom verstärkt Kohlendioxid nach, das als Pflanzennährstoff eine zentrale Rolle bei der Energiegewinnung durch die Fotosynthese spielt. Die Effekte waren noch bis zu 400 Meter entfernt nachweisbar. Untersuchungen des Einflusses auf die Ernteerträge stehen allerdings noch aus.

 

Energieeinsparung bei Hochgeschwindigkeitszügen:
Durch innovative Technologien gewinnt Siemens bei seinen Velaro-Hochgeschwindigkeitszügen, einer Weiterentwicklung des ICE 3, allein rund ein Drittel der Energie wieder, indem an jedem Radantrieb die beim Bremsen freiwerdende Energie fast vollständig zurück gewonnen wird. Auch die Aerodynamik wurde weiterentwickelt, dies spart zudem 6-8% Energie, im Zuginneren reduzieren LED den Stromverbrauch. Fahrerassistenzsysteme vermeiden unnötiges Bremsen und Beschleunigen und sparen weitere sechs Prozent Energie. Die Züge haben eine Geschwindigkeit von bis zu 350 km/h und verbrauchen pro Person umgerechnet rund 0,33 Liter Benzin auf 100 Kilometer. Statt je einer Lok am Zuganfang und -ende besitzt der Velaro Fahrmotoren auf jeder zweiten Achse. Die Folge: Mehr Platz für mehr Passagiere und eine bessere Beschleunigung.

 

Ölplattform über Versorgungskabel effizienter von Land aus versorgt:
Die schwimmende Offshore-Plattform „Goliat“ (Eni Norge) in der Barentssee nördlich von Norwegen, wird nicht wie sonst üblich von Gasturbinen und Generatoren an Bord mit Strom versorgt, sondern über ein 106 Kilometer langes Seekabel von Land aus. Dadurch sollen die CO2-Emissionen um 50% reduziert werden. Das Landstromversorgungssystem wird von Siemens Energy geliefert.

 

Forschung:

 

Fabriksimulation für KMU:
Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat einen Web-Browser entwickelt, mit dem kleine und mittlere Unternehmen (KMU) vorab abschätzen können, wie sich geplante Veränderungen in Produktion, Arbeitsprozessen und Logistik tatsächlich auswirken. Damit wird ein Zugang zu Werkzeugen ermöglicht, die sich bisher nur größere Unternehmen leisten konnten, da die Einstiegskosten für Hardware und Software bei der Fabrikdaten-Simulation bislang sehr hoch waren. Der neuartige Online-Simulationsdienst wurde im Verbundprojekt »simKMU« entwickelt und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert. Die Anwendung ist ab 1. Juni 2011 online und soll KMU vor gravierenden Fehleinschätzungen und Fehlplanungen schützen. KMU müssen dabei weder Software noch Hardware erwerben, sondern greifen per Browser über das Internet auf Anwendungen zu, die im Rechenzentrum des Fraunhofer-Instituts laufen. Über die Browseranwendung „SimWebApp“ – ergänzt durch ein umfangreiches Videoseminar – erhalten Neulinge einen schnellen Einstieg in die Bedienung und Funktionen.

 

Forschungs-Neutronenquelle FRM II in Garching:
Im Juni 2010 wurde am Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) der GKSS-Reaktor FRG-I zur Neutronenforschung außer Betrieb gestellt. Nun haben insgesamt drei Helmholtz-Zentren einen Kooperationsvertrag mit der TU München für die Forschungs-Neutronenquelle FRM II in Garching unterzeichnet. Der Vertrag regelt die Zusammenarbeit und Förderung des gemeinsamen wissenschaftlichen Betriebs. Seit 2005 liefert der Forschungsreaktor FRM II in Garching bei München Neutronen von ausgesprochen hoher Intensität. Mit Neutronen lassen sich Werkstücke und Materialien detailliert unter die Lupe nehmen (Materialforschung). Das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) in Garching bei München bekommt zudem einen 3-Petaflops-Supercompuer von IBM – nach dem jetzigen Stand der leistungsfähige der Welt (derzeit: 2,566 Petaflops). „Super MUC“ soll bereits 2012 in Betrieb gehen und soll europaweit für Forschung und Industrie nutzbar sein. In der Einrichtung wird bereits ein breites Spektrum an Forschungsanwendungen bearbeitet, beispielsweise Materialforschung, Kosmologie, Medizin und Strömungsmechanik.

 

Startschuss für das russische „Silicon Valley“:
Für das geplante Innovationszentrums „Skolkowo“, das „russische Silicon Valley“ westlich von Moskau, wurde der Startschuss gegeben und die ersten 16 Projekte festgelegt. Darunter Quantenoptik, IP-Videoüberwachung, automatisierte Übersetzungssysteme, Bildsynthese, Superleiter, Raumfahrt, Kerntechnik, Medizintechnologie und Pharmazeutik. Es sollen auch Niederlassungen von privaten Forschungsorganisationen großer russischer und ausländischer Unternehmen (Siemens, Nokia etc.), Ingenieurbüros und Universitäten eröffnet werden. Startup-Projekte werden finanziell unterstützt. Zudem bemüht man sich auch um einen intensiven Erfahrungsaustausch mit dem amerikanischen Vorbild „Silicon Valley“. Der Innovationspark Skolkowo soll ein Prototyp einer Zukunftsstadt und zu einem Testgelände für die neue russische Wirtschaftspolitik werden.

 

Bewegte Bilder für die Nanowelt:
Eine neue Abbildungstechnik in der Elektronenmikroskopie ermöglicht das Filmen von Vorgängen in der Nanowelt. Mittels ultrakurzen Elektronenpulsen können Serien von Schnappschüssen eines Untersuchungsobjekts der Nanogrößenordnung gemacht werden. Dadurch werden bisher ungeahnte Einblicke in extrem schnelle Abläufe im Nanobereich ermöglicht. Die neue Technik ermöglicht somit erstmals die exakte Beobachtung von sich bewegenden Atomen oder das Filmen der Vorgänge im Inneren einer Zelle.

 

Online-Zentrum für Klimawissenschaften:
Bereits 2009 wurde im Auftrag der Bundesregierung und als eine Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht das „Climate Service Center“ ins Leben gerufen. Der Online-Service bietet Antworten zu Fragen rund ums Klima und ist speziell auf Vertreter von Wirtschaft, Politik, Wissenschaft und Medien zugeschnitten. Behandelte Informationen sind unter anderem notwendige Anpassungsmaßnahmen in der Landwirtschaft, Stadtplanung und Industrie sowie die Kosten von Klimawandel, Klimaschutz und Anpassungsmaßnahmen. CSC-Direktor Prof. Guy Brasseur: „Das Klimasystem ist sehr komplex und berührt alle Bereiche der Gesellschaft, die sich künftig an die veränderten Bedingungen anpassen müssen.“ Projekt-Koordinatorin Dr. Annegret Thieken: „ Die verschiedenen Bereiche der Gesellschaft und die wirtschaftlichen Sektoren benötigen hierzu sehr spezielle Informationen. In allgemeinen Berichten zum Klimawandel finden Entscheidungsträger die für sie relevanten Informationen oft nicht oder sie müssen sie mühsam zusammensuchen. Am CSC werden sie Informationen erhalten, die speziell auf ihre Bedarfe zugeschnitten sind.“

 

Weltweit größtes Neutrino-Teleskop am Südpol fertig gestellt:
Das internationale IceCube-Observatorium am Südpol gilt als eines der anspruchsvollsten Projekte der Wissenschaftsgeschichte. Nach knapp sechs Jahren Bauzeit und einem Jahrzehnt Vorbereitung das Neutrino-Teleskop „IceCube“ nun fertig gestellt. Der Teilchendetektor besteht aus einem Kubikkilometer Eis und ist mit höchstempfindlichen Lichtsensoren durchsetzt. Damit sollen die Spuren von Neutrinos aus dem Weltall aufgefangen werden. Neutrinos werden auch als Geisterteilchen bezeichnet, weil sie kaum mit anderer Materie in Wechselwirkung treten. Der Nachweis erfordert daher gigantische Detektoren. Die Forscher erhoffen sich dadurch weiter gehende Erkenntnisse über schwarze Löcher und die rätselhafte Dunkle Materie, die unser Universum erfüllt, aber bisher nicht identifiziert werden konnte.

 

Materialwissenschaften:

 

High-Tech Textilien aus Deutschland schützen vor Strahlungsquellen:
Wissenschaftler der Hohenstein Institute in Bönnigheim entwickelten in Kooperation mit dem ITCF Denkendorf die weltweit ersten Textilien, die sowohl elektromagnetische (EM) wie auch Infrarotstrahlung (IR) effektiv abschirmen. Bislang war mit Textilen entweder nur der Schutz vor den von elektrischen Geräten verursachten sogenannten Elektrosmog oder vor Wärmestrahlung wie zum Beispiel von Brandherden möglich. Für die High-Tech Textilien werden Chemiefasern dotiert (Einbindung) und mit Indiumzinnoxid (ITO) beschichtet, einer transparenten Oxid-Verbindung, die z.B. auch in Touchscreens von Smartphones verwendet wird. Beständigkeit gegenüber Waschen, Scheuern und Bewitterung, sowie auch die biologische Unbedenklichkeit wurden nachgewiesen. Die neuartigen Materialien sind neben der weitreichenden Abschirmwirkung auch noch elektrisch leitfähig und damit antistatisch. Damit sind sie geradezu ideal als Berufsbekleidung, beispielsweise als Schutzausrüstung (PSA) für Feuerwehrleute, Mitarbeiter in Gießereien und Schweißereien, in der Halbleiterindustrie oder für das Wartungspersonal von Telekommunikationsanlagen. In Form von Uniformen machen sie ihren Träger für Infrarotkameras „unsichtbar“ und schützen gleichzeitig vor elektromagnetischer Strahlung.


Informationstechnologie:

 

CMOS- Mikrochip mit integrierter Solarzelle:
Einem niederländisch-chinesischen Forscherteam ist es gelungen, Solarzellen direkt auf CMOS-Chips zu integrieren. Die Mikrochips werden somit zum Strom-Selbstversorger und ermöglichen netz- und akkuunabhängige autonome Systeme. Die Solarzelle erreicht einen Wirkungsgrad von 7,1%, ohne die Funktionalität des darunter liegenden Chips zu beeinträchtigen. Der Vorteil: Wenn die Solarzelle direkt auf dem CMOS-Chip gefertigt wird, ist der Materialverbrauch geringer und das entstehende System leistungsfähiger. Der Herstellungsprozess eigne sich zudem gut für eine industrielle Massenfertigung. Anwendungsmöglichkeiten: Beispielsweise für intelligente Sensornetzwerke und autonome Systeme. (Weitere Informationen: Universitäten Twente, Utrecht und Nankai.)

 

Sonstiges:

 

Mach 5 | Geschwindigkeitsrekord mit einer Railgun:
Die US Navy hat einen neuen Weltrekord mit einer elektromagnetischen Schienenkanone (EM-Railgun) gemeldet. Das Hochleistungsmagnetfeld beschleunigte das Geschoss mit 33 Megajoule (letzter Test 2008: 10 Megajoule), wodurch Ziele in einer Entfernung von mehr als 200 km mit einer Geschwindigkeit von Mach 5 getroffen werden können. Die außerordentlich hohe kinetische Energie sorgt dabei alleine schon für einen erheblichen Schaden.

 

Roboter sprintet mit künstlicher Oberschenkelmuskulatur:
Ingenieure an der Universität Tokio haben einen Sprintstarken Roboter gebaut. Für „Athlete“ haben die Wissenschaftler statt sonst üblicher motorgetriebener Gelenke auf einen Nachbau des menschlichen Bewegungsapparates gesetzt. Dafür wurde ein System aus sechs pneumatischen Aktuatoren gebaut, die verschiedenen Oberschenkelmuskeln wie beispielsweise Adduktoren entsprechen. Durch die künstlichen Muskeln kann der Roboter seine Beine in einem flüssigen Muster steuern, das genau dem menschlichen Laufen entspricht. Als größtes Problem stellt sich noch das Balancehalten heraus.
(Video zu Athlete)

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