Lumineszenz Fassade by Marc-Phillip Michel

LUMINESZENZ-FASSADE BIONISCHES PRINZIP DER BIOLUMINESZENZ

LEHRSTUHL FÜR GEBÄUDETECHNOLOGIE FLEX & STRETCH WS 2016/17 UNIV. PROF. DR.-ING. ARCHITEKT D. H. BRAUN JAN SERODE, SEBASTIAN INHOFER

NILS BRÜGGEMANN MARC-PHILLIP MICHEL DANIEL TÜSCHEN

INHALTSVERZEICHNIS 1. Präsentation Lichtfassade 1.1 Bionik 1.2 Fassadensystem 1.3 Konzepterläuterung 1.4 Potentiale 1.5 Entwicklungsphasen 2. Biolumineszenz 3. Studien Lichtfassade

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BIONIK Die biolumineszenten Fähigkeiten haben verschiedene Funktionen in der Natur. Meistens wird sie zur Kommunikation verwendet, vor allem zur Aufnahme mit dem anderen Geschlecht zur Fortpflanzung. Beobachtet wurde dies vor allem bei Insekten wie Leuchtkäfern, Kalamaren und Fischen. Ein weiteres Funktionsgebiet ist der Beutefang und das Ködern eben dieser. Lichtorientierte Insekten, wie Mücken, werden angelockt. Der Leuchtkäfer Pohturis imitiert die Paarungssignale seiner Beute, der Species Photinus und ködert sie dadurch. So eindeutig die Funktion bei diesen Lebewesen zuzuordnen ist, so viel schwerer fällt dies bei niederen Organismen; bei Bakterien, Pilzen oder auch Nesseltieren. Bei Nesseltieren, zum Beispiel Quallen, findet eine biolumineszente Reaktion bei Berührung oder mechanischer Zerstörung statt. Möglich ist, dass die Lumineszenz die natürlichen Feinde abschrecken soll. Bewiesen werden konnte dies aber noch nicht. Biolumineszenz als Verteidigung: Der Muschelkrebs Ostrakoden gibt eine leuchtende Flüssigkeit im Wasser ab um den Fressfeind zu irritieren und zeitgleich flüchten zu können. Ein weiteres Beispiel ist der Vampirtintenfisch. Ähnlich wie bei einer Fledermaus spannen sich zwischen den Armen dieses Weichtieres Häute, auf dem Körper sitzen einige Leuchtorgane. Während Tintenfische nahe der Oberfläche eine dunkle Tintenwolke ausstoßen, um Feinde zu verwirren, schleudert der kleine Vampir aus diesen Organen eine Wolke von Partikeln hervor, die blau leuchten. Im Dunkel der Tiefsee blendet die blitzende Wolke einen Feind oder lenkt ihn zumindest ab. Mit Lichtwolken verteidigen sich auch andere Tintenfische, Quallen, Krebse und Fische, weil es andere Verstecke im offenen Meer sonst kaum gibt. Doch wie entsteht überhaupt das Licht? Man stellte in Forschungen fest, dass zwei Substanzen für das Leuchten notwendig sind. Die eine Substanz ist die Luciferase, die zweite Luciferin (von Lucifer = Lichtbringer). Luciferase ist ein Enzym, dass die Reaktion mit Sauerstoff katalysiert (beschleunigt) und Luciferin ist der Ausgangsstoff, welcher oxidiert wird und für die eigentliche Lichterzeugung verantwortlich ist. Bei der Oxidation des Luciferins entsteht Oxiluciferin (oxidiertes Luciferin) im angeregten Zustand .Die überschüssige Energie wird als Photon abgestrahlt und das oxidierte Luciferin geht wieder in den Grundzustand über.

FASSADENSYSTEM Das Ziel der Leuchtfassade ist es, durch nach außen scheinendes Licht vor der Glafassade den Innenraum vor Blicken aus dem Außenraum zu schützen. Ist es draußen dunkel und der Innenraum beleuchtet, besteht bisher das Problem, dass man im Innenraum sehr gut wahrgenommen werden kann. Ein selbstleuchtendes Textil, welches in den Außenraum gerichtete Lichtpunkte besitzt, soll durch sein helles Leuchten vor fremden Blicken schützen. Dabei ist das Textil am Tag vom Innenraum durchsichtig und hat aus dem Außenraum eine transluzente Anmutung. Dabei gibt es zwei Varianten der Formgebung des Textils. In der im Fassadenschnitt dargestellten Variante gibt es zwei textile Ebenen. Das Glasfaserkabel wird durch die erste textile Ebene, welche näher an der Fassade liegt, gewebt. Durch die zweite, zum Außenraum hin orientierte Ebene, wird das Glasfaserkabel dann mit seinen Enden durchgeführt, sodass die leuchtenden Endpunkte dem Betrachter horizontal entgegen gerichtet sind und der Effekt des „Entgegenleuchten“ entsteht. Dabei ist es des Weiteren möglich die vordere Textilebene zu verschieben, um so den Austrittswinkel der Kabel und damit deren Wirkung zu verändern. In der anderen möglichen Variante endet das Glasfaserkabel nicht bündig mit dem außenliegen Textil, sondern geht darüber hinaus und erzeugt eine fell-artige Wirkung und erhöht den Verschattungseffekt und kann gleichzeitig einen Teil der Wärme aufnehmen, sodass er nicht in den Innenraum gelangt. Alle Glasfasern werden an ihren Startpunkten gebündelt und müssen vor einer Lichquelle liegen, um ihre Leuchtwirkung am Faserende entfalten zu können. Diese Lichtquelle ist im Rahmen lokalisiert. Die Fassade bietet ein spannendes und dynamisches Gesamterscheinungsbild, da die Fasern durch den Wind in ständiger Bewegung sind und dadurch sehr natürlich wirken. Dadurch entsteht ebenfalls ein spannendes Spiel zwischen Innen- und Außenraum, da die Fassade auf gewisse Weise in einen Dialog mit ihrer Umgebung tritt.

Webverfahren

Situation Nacht Licht an - Fassade an

Situation Nacht Licht aus - Fassade an

Situation Nacht Licht an - Fassade aus

Situation Tag

KONZEPTERLÄUTERUNG Links Webtechnik & mögliche Szenarien auf welche die Fassade auf unterschiedliche Weise reagieren kann. Unten Konzeptuelle Erläuterung des Einwebens des Glasfaserkabels in das Gewebe.

Einweben des Glasfaserkabels

Herausführen des Glasfaserkabels

Wiedereinführen des Glasfaserkabels

Durchtrennen des Glasfaserkabels, um zwei Leuchtpunkte zu erzeugen

System der "Laufmasche" 11

Leuchtpunkte

Gewebe

KONZEPTERLÄUTERUNG Links Lineare Anordnung der Leuchtpunkte auf einem Gewebe. Unten Detailansicht eines Lichtleitkabels und Effekt, dass die Enden stärker leuchten, als der Rest des Kabels

Close Up - Glasfaserkabel

Konzept Fassadenschnitt

Nutzung als interaktive Fassade durch Anordnung der Leuchtpunkte und Steuerung der Farbigkeit

U-Profil

Glasfaser

Anordnung Lichtpunkte Variation

TrĂ¤gernetz

GSEducationalVersion

LED Anordnung Gewebe Variation

POTENTIALE Links Interaktive Fassade / Radiale Anordnung Leuchtpunkte

der

Unten Lineare Anordnung

U-Profil

Glasfaser

Anordnung Lichtpunkte Variation

Trägernetz

U-Profil

Glasfaser

LED

Anordnung Gewebe Variation

15 GSEducationalVersion

Konzept Fassadenschnitt

Trägernetz

Modellfotos

BIOLUMINESZENZ Wie ordnet Sie sich in das Spektrum der Lumineszenz ein und wie funktioniert sie? die Fähigkeiten der biolumeszenten Organismen ist vielfältig. Neben einem Überblick über die Funktionen wird das eindrucksvolle Beispiel des “Feuerbaums” näher erläutert. Der Mensch macht sich die Biolumineszenz zu eigen. Veranschaulicht werden zwei Beispiele aus alternativen Technologiebereichen in denen mit Biolumineszenz geforscht wird. Biolumineszenz in der Architektur - Zukunftsmusik oder absehbare Technik? Kurz erläutert werden Lichtemittierende Smart Materials und im folgenden das Transferpotential von Biolumineszenz in der Architektur, eine mögliche Realisierung und weitere Anwendungsbereiche. Arbeit von Daniel Tüschen, WS 13/14

GLIEDERUNG 1. Der Begriff “Biolumineszenz” 1.1 Einordnung 1.2 “Wherever is life, you can find light” 1.3 Funktionen der Biolumineszenz 1.4 Beispiel: Feuerbaum 2. Alternative Biolumineszenz-Technologien 2.1 Glowing Plant Project 2.2 Philips Bio-Light 2.3 LED-Linsen nach natürlichem Vorbild 3. Anwendungsmöglichkeiten in der Architektur 3.1 Einleitung 3.2 BIQ Wilhelmsburg - Transfer- und Anwendungspotentiale 3.3 Weitere Anwendungsmöglichkeiten, Fazit

1. DER BEGRIFF “BIOLUMINESZENZ” 1.1 EINORDNUNG

Lumineszenz (lat. lumen = Licht) ist der Sammelbegriff für alle Arten von Leuchterscheinungen eines Systems unter Energieeinwirkung jeglicher Art. Unter dem Oberbegriff Lumineszenz verbirgt sich die Emission von Strahlung. Die emittierte Strahlung beruht auf der Rückkehr angeregter Elektronen von einem angeregten Elektronenzustand in einen tiefergelegenen Elektronenzustand bzw. den Elektronengrundzustand. Das Licht wird dabei als Energie abgegeben. Alle Prozesse haben die “kalte” Aussendung von Licht gemeinsam, d.h. sie leuchten nicht durch Erhitzen bis zum Glühen. Man spricht auch von einer strahlenden Desaktivierung. Je nachdem, was die Ursache der Anregung ist, unterscheidet man die verschiedenen Arten der Lumineszenz.1 Die bekannteste Art in unseren Haushalten ist die Elektrolumineszenz, bei der durch elektrische Stromimpulse zum Beispiel Leuchtdioden, also LEDs oder OLEDs, also Organic LEDs, Licht ausstrahlen. Besonders die OLEDs waren in letzter Zeit viel in der Presse, da das Dünnschichtbauelement aus organischen halbleitenden Materialen nicht aus kristallinen Materialien besteht und dadurch auch als biegsamer Bildschirm genutzt werden kann und in der Smartphone-Branche derzeit einen wichtigeren Stellenwert erlangt. Die Photolumineszenz wird unterschieden in die Phosphoreszenz und die Fluoreszenz und beschreibt Stoffe, die nach einem Beleuchten mit sichtbarem oder UV-Licht nachleuchten können. Beispiele aus dem Alltag sind das Schwarzlicht (Fluoreszenz) und Notausgangsschilder (Phosphoreszenz). Dabei unterscheiden sie sich. Fluoreszierende Materialen leuchten nur bei Bestrahlung und bereits eine millionstel Sekunde nach Beenden der Bestrahlung endet die eigene Fluoreszenz. Im Gegenzug dazu können phosphoreszierenden Materialen teilweise noch Stunden nachleuchten. Relevant für diese Arbeit ist die Chemolumineszenz, bei der durch eine chemische Reaktion die sichtbare elektromagnetische Strahlung emittiert wird. Die Biolumineszenz wird hier untergeordnet. Die Besonderheit besteht aber darin, dass die chemischen Prozesse in einem lebendigem Organismus stattfinden und verschiedene biologische Funktionen wie das Ködern von Beute, Tarnung oder Anzeigen von Paarungsbereitschaft übernimmt. Weitere Arten der Lumineszenz, deren Transfertauglichkeit aber deutlichst gering sind und die auch noch nicht vollständig erforscht sind, sind folgende: Die Thermolumineszenz (Anregung durch Wärme, z.B. Kristalle), die Sonolumineszenz (kurze Lichtblitze bei beschallten Flüssigkeiten) und die Tribolumineszenz (Anregung durch Reibung).2 1.2 “WHEREVER IS LIFE, YOU CAN FIND LIGHT” V. VIVIANI

Bereits Aristoteles (384-322 v. Chr.) beobachtete leuchtende Tiere und Pflanzen. Bis zum zwanzigsten Jahrhundert wurde aber generell nur von phosphoreszenten Objekten gesprochen; eine richtige Definition war damals noch nicht möglich. Einer der damals wichtigsten Fach-Artikel dazu, dessen Titel die Sichtweise verdeutlicht, hat T. L, Phipson 1862 verfasst: “Phosphorescence - or the Enmission of Light by Minerals, Plants and Animals”.3 Die Hintergründe, also die Anregungen durch chemische und physikalische Prozesse konnten noch nicht unterschieden werden. Die in der Historie erkennbare weitere Annäherung an das Thema lässt sich durch alte Lexikaartikel nachvollziehen (siehe rechts - besonders interessant das Buch Bioluminescence in the Sea von Steven Haddok mit tollen Abbildungen, die teilweise eine ähnliche Gestaltung zu den bekannten Blättern 1 Chemie-Institut Universität Jena, 2013 2 Wikipedia, Artikel “Lumineszenz”: Es wird ein Überblick gegeben, eine Vertiefung in die jeweiligen Bereiche ist möglich 3 Matern, Ulrich, 2008: Der Artikel veranschaulicht anschaubar die Geschichte der Erforschung der Biolumineszenz

VORKOMMEN DER BIOLUMINESZENZ

Transferpotential: Dinoflagelatten

Abb. 4 Der Tiefseefisch Schwarzangler, auch Tiefseeteufel genannt, lockt seine Beute mit dem laternenartigen Leuchtorgan an

Abb. 5 Biolumineszente Mikroben in einem Glaskolben; die Funktion ist noch ungeklärt

Abb. 6 Ein “Feuerbaum” im leuchtenden Zustand, mittelmäßige Intensität

von Ernst Haeckel aufweisen4). Besonders auffällig ist dabei, dass es sich bei den abgebildeten Organismen ausschließlich um Meeresbewohner handelt, z. B. Weichtiere, Hohltiere und Stachelhäuter. Dies ist auch nicht weiter verwunderlich, da sich 90% der biolumeszenten Lebewesen in der Tiefsee aufhalten. Ansonsten findet man Biolumineszenz auch bei Pilsen und Bakterien, jedoch nicht bei Pflanzen. Bei den Tieren zeigt sich eine Verteilung die evolutionstechnisch nicht erklärt werden kann. So gibt es Insekten und Tausendfüßer, die leuchten können, Spinnen zum Beispiel haben diese Fähigkeit jedoch nicht. Auch Wirbeltiere besitzen Biolumineszenz, aber auch hier lediglich Fische und keine Kriechtiere, Vögel oder Säugetiere. Es konnte bis jetzt nicht geklärt werden, warum einige Klassen oder Familien komplett frei von biolumineszenten Organismen sind. Auch der evolutionäre Ursprung der Biolumineszenz ist unklar. Man weiß nur, dass die Fähigkeit nicht aus einer evolutionären Quelle kam, sondern mehrere Ursprünge hat und sich parallel entwickelt hat. In Verbindung dazu passt auch, dass man feststellt, dass die Funktion der Biolumineszenz jeweils unterschiedlich ist (siehe 1.3) Doch wie entsteht überhaupt das Licht? Der Forscher R. Dubois (18491929) führte grundlegende Untersuchungen zu dem Thema durch. Er untersuchte biolumineszente Muscheln und stellte fest, dass zwei Substanzen für das Leuchten notwendig sind, die er extrahieren und untersuchen konnte. Die eine Substanz nannte er Luciferase, die zweite nannte er Luciferin (von Lucifer = Lichtbringer).5 Bis heute werden diese Begriffe verwendet. Luciferase ist ein Enzym, dass die Reaktion mit Sauerstoff katalysiert (beschleunigt) und Luciferin ist der Ausgangsstoff, welcher oxidiert wird und für die eigentliche Lichterzeugung verantwortlich ist. Bei der Oxidation des Luciferins entsteht Oxiluciferin (oxidiertes Luciferin) im angeregten Zustand .Die überschüssige Energie wird als Photon abgestrahlt und das oxidierte Luciferin geht wieder in den Grundzustand über. (in einer Formel ausgedrückt: Luciferin + O2 -> Luciferase -> Oxiluciferin*(angeregt) -> Oxiluciferin(Grundzustand) + Licht. Die abgegebene Strahlung hat eine Wellenlänge im für den Menschen sichtbaren Spektrum. Die Reaktion findet bestimmten Leuchtorganen der Organismen statt und lässt den Organismus leuchten oder wird als leuchtendes Sekret abgeben.6 Wenn man sich weiter über das Thema informieren möchte, bietet sich die englischsprachige Seite http://www.isbc.unibo.it/ an. Es handelt sich um den Webauftritt der ISBC, der International Society for Bioluminescence and Chemilumenscence, die die weltweiten Forschungen zu dem Thema bündelt und im Zweijahres-Rythmus ein internationales Symposium abhält.7 1.3 FUNKTIONEN DER BIOLUMINESZENZ

Die biolumineszenten Fähigkeiten haben verschiedene Funktionen in der Natur. Meistens wird sie zur Kommunikation verwendet, vor allem zur Aufnahme mit dem anderen Geschlecht zur Fortpflanzung. Beobachtet wurde dies vor allem bei Insekten wie Leuchtkäfern, Kalamaren und Fischen. Ein weiteres Funktionsgebiet ist der Beutefang und das Ködern eben dieser. Lichtorientierte Insekten, wie Mücken, werden angelockt. Der Leuchtkäfer Pohturis imitiert die Paarungssignale seiner Beute, der Species Photinus und ködert sie dadurch. Auch zur Täuschung und Fluchthilfe wird die Biolumineszenz verwendet. Der Muschelkrebs Ostrakoden gibt eine leuchtende Flüssigkeit im Wasser ab um den Fressfeind zu irritieren und zeitgleich flüchten zu können. 4 Haddock, Steven et al., 2010 5 Shimomura, Osamu, 2006: Auf über vierhundert Seiten kann man in dem Buch mit Lehrbuchcharakter des japanischenNobelpreisträgers für Chemie 2008 alles über den aktuellen Stand der Forschung zu Bio- und Chemolumineszenz lernen 6 Chemie-Institut Universität Jena, 2014 7 International Society for Bioluminescence and Chemoluminescence, 2014

TRANSFERPOTENTIAL „MEERESLEUCHTEN“

Erzeugtes Leuchten durch Dinoflagelatten im Meereswasser

Abb. 7 “Glowing Plant”- Gründer Anthony Evans: Warum das, wenn wir auch das haben können? Die Pose wurde zum zentralen Bild der Online-Kampagne auf kickstarter.com

Abb. 10 Bauteile und Energiekonzept des “microbial home” von Philips

Abb. 8 Beeindruckende Illustration, wie unsere Straßenbeleuchtung in der Zukunft aussehen könnte. Das Licht strahlt eine natürliche Ruhe aus.

Abb. 9 Foto eines “Starlight Avatar”-Exemplares, das derzeit auf bioglow.com zum Verkauf steht.

Abb. 11 Ansicht des “bio light’s”. Die Optik erinnert an Science-Fiction-Filme

Abb. 12 Deckblatt des “Advanced Materials” Magazin mit der Struktur der LEDLinse. Darunter der schematische Aufbau der Diode.

So eindeutig die Funktion bei diesen Lebewesen zuzuordnen ist, so viel schwerer fällt dies bei niederen Organismen; bei Bakterien, Pilzen oder auch Nesseltieren. Bei Nesseltieren, zum Beispiel Quallen, findet eine biolumineszente Reaktion bei Berührung oder mechanischer Zerstörung statt. Möglich ist, dass die Lumineszenz die natürlichen Feinde abschrecken soll. Bewiesen werden konnte dies aber noch nicht. Auch Die Funktion bei Pilzen ist noch ungeklärt. So leuchtet bei dem Pilz Mycena der Fruchtkörper um eventuell Insekten zur Verbreitung der Sporen anzulocken. Der bekannte Hallimasch, ein auch in Deutschland zu findender Holzpilz, emittiert nur Licht im unterirdischen Mycel, der Fruchtkörper jedoch nicht. Was die beschriebenen Lebewesen und die verschiedenen Funktionen verbindet, ist die Tatsache, dass für alle Reaktionen unterschiedliche Enzyme und Substrate verantwortlich ist. Luciferase und Luciferin unterscheiden sich also immer.8 1.4 BEISPIEL: FEUERBAUM

Die Faszination der Biolumineszenz auf uns Menschen lässt sich am besten an dem Beispiel der sogenannten “Feuerbäume” (engl. “firetrees”) darstellen. Man findet sie in den Sümpfen Südostasiens, wo im Laufe der Dämmerung ein einmaliges Naturerlebnis stattfindet. Es beginnt mit einzelnen Lichtblitzen auf einem der wenigen Bäume in der freien Landschaft. Die Lichtblitze nehmen nach einigen Minuten stark zu und bekommen einen Rythmus. Die über den Baum verteilten Lichtblitze werden immer zeitgleich ausgelöst, so dass der ganze Baum zu blinken scheint. die Ungenauigkeit liegt nur bei einigen Millisekunden. Dieses Naturphänomen nennt man “Feuerbaum”. Ausgelöst wird das Schauspiel durch Tausende männliche Leuchtkäfer, die in der Gruppe die Leuchtorgane immer anund ausschalten. Der Schein des emittierten Lichtes lockt nicht nur weitere männliche Leuchtkäfer an, die die Leuchtkraft verstärken, sondern eben auch Weibchen. Es handelt sich also um die Biolumineszenzfunktion der Kommunikation und Kontaktaufnahme zu Sexualpartnern. Biologen haben das Phänomen untersucht und festgestellt, dass die Aktion zu einem größeren Fortpflanzungserfolg führt als wenn die männlichen Tiere alleine auf dem Baum sitzen und blinken würden. Denn zunehmend mit der Anzahl der Männchen steigt auch Intensität und vor allem die Reichweite des sichtbaren Lichts. Ein großer “Feuerbaum” ist noch aus einem Kilometer sichtbar und lockt somit viel mehr Weibchen an. Wie generell das kalte Licht entsteht, ist von Biologen bereits entschlüsselt worden. Wie der Leuchtkäfer aber das Licht anund ausschalten kann, ist bis jetzt ungeklärt.9

2. ALTERNATIVE BIOLUMINESZENZTECHNOLOGIEN 2.1 GLOWING PLANT PROJECT

Kickstarter.com ist eine amerikanische Crowdfunding-Plattform. Sie gilt als größte und verbreiteteste Seite ihrer Spezies. Angesprochen werden kreative Unternehmen, die um finanzielle Unterstützung, Interessenten und Kontakte werben können.10 Im letzten Jahr erlangte das Projekt “Glowing Plant Project” auf Kickstarter.com große Aufmerksamkeit und mehr als das Siebenfache des gewünschten Kapitals.

8 Hardeland, Rüdiger, 2000 9 Umweltverband WWF, 1993: Neben der anschaulichen Geschichte über den “Feuerbaum” behandelt das Kapitel “Licht” in dem Bionikband auch ,aus heutiger Sicht leicht antiquitiert, über die Laser-Technik deren Anwendungspotentiale 10 Wikipedia, Artikel “Kickstarter.com”, 2014

ENTWURF: BIOLUMINESZENTE FASSADE

Zustand 1: leere Röhren, hohe Transparenz, keine Lumineszenz

Zustand 2: Röhren gefüllt mit zirkulierendem Wasser, keine Lumineszenz

Zustand 3: Röhren gefüllt, Biolumineszenz durch zirkulierendes Wasser mit Dinoflagelatten

Zustand: Tag

Zustand: Nacht

Das Startup-Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, die Leucht-DNA von Glühwürmchen in eine Pflanze zu bringen, so dass diese leuchten kann. Was sich nach Science Fiction anhört und auf der Kinoleinwand im Film Avatar zu sehen war, ist aber Realität geworden. Der Manager des Projektes, Anthony Evans, studierte in Cambrigde, bevor er das Projekt startete, um biolumineszente Pflanzen zu entwickeln, die nach seiner Vision Straßenlaternen oder Nachtischleuchten ersetzen sollen und keine elektrische Energie benötigen. Einzuordnen ist das Projekt in die synthetische Biologie. Der gewünschten Organismus wird nicht in der Petrischale gezüchtet, sondern die DNA wird mithilfe eines Genom Compiler am Computer designt und dann mit einem speziellen “Drucker” gedruckt. Man bringt die Leucht-DNA des Glühwürmchen also nicht mit einem Träger-Bakterium in die DNA der Pflanze ein, sondern erstellt eine komplett neue DNA auf Basis der Schaumkresse, in der die Basenbausteine des Glühwürmchens direkt mit eingearbeitet sind. Die Schaumkresse, ansonsten ein ungeliebtes Unkraut, eignet sich durch ihre Eigenschaften am besten für das Projekt. Die Firma Cambrian Genomics stellt diese DNA her. Eine DNA-Sequenz aus 10.000 Basenpaarne kostet ca. 2500 Dollar. Erlaubt ist dies in der EU nicht. Auch die Entwicklung und Pflanzung von gentechnisch veränderten Pflanzen wird derzeit hitzig am Beispiel des Gen-Maises diskutiert. Aber auch in den USA ist die Rechtslage noch nicht genau geklärt. So hat der Supreme Court, das oberste Gericht der USA, entschieden, dass neu kreierte DNA’s per Patent geschützt werden können.11 Der Verkauf von transgenen Samen ist “Glowing Plant” aber bisher verboten. Auf Basis von Ziertabak-Pflanzen wurde bereits in den Achtzigern eine biolumineszente Pflanze entwickelt. Damals wurde das Glühwürmchengen für die Luziferase in die Tabakpflanzen gebracht und die Pflanze leuchtete, wenn man sie mit Luciferin besprühte.12 Das Unternehmen “Bioglow” vom Forscher Alexander Krichevsky schaffte 2010, dass sowohl Luziferase als auch Luciferin mit einem Trägerbakterium in die Tabakpflanze transferiert wurden und diese dann kontinuierlich schwach leuchtete.13 Nun kann man, angefacht durch das neue Medieninteresse, zwanzig Exemplare der Licht emittierenden Pflanze“Starlight Avatar” , die bei guter Pflege circa drei Monate überleben und leuchten sollen, auf bioglow.com in einer Versteigerung erwerben.14 Anthony Evans von “Glowing Plant” arbeitet mit den Forschungsergebnissen von Krivechsky. Derzeit leuchten die Pflanzen in einem blau-grünlichen Farbton. Die weitere Forschung möchte Evans der Veränderung der Leuchtfarbe widmen und einer stärkeren Leuchtkraft, die die Einsatzgebiete der Pflanze vergrößern soll. Entscheident ist auch die Lebensdauer der Pflanzen, die derzeit noch nicht wünschenswert ist. Wenn das Konzept marktreif ist, dann verbraucht die Leuchtpflanze vermutlich 95% weniger Energie als eine herkömmliche Glühbirne. Kritisch wird aber die Umweltverträglichkeit der Pflanzen gesehen, da die Folgen der Verbreitung von genveränderten Pflanzen in diesem Maße nicht abzuschätzen sind. Dem entgegnet Evans, dass die entwickelte transgene Pflanze aber nicht in der Natur überlebt und sich nicht fortpflanzen kann. Trotz der großen Akzeptanz in den USA für gentechnisch veränderte Pflanzen bleiben die Bedenken bestehen. Die Betreiber von Kickstarter.com haben das Versenden der Samen als Belohnung für das finanzierte Projekt an die über 8.400 Unterstützer verboten, in dem sie ihre Geschäftsbedingungen veränderten. Ihnen ist die Weitergabe zu heikel.15

11 Lobe, Adrian, 2013 12 Redaktion Pflanzenforschung.de, 2014 13 Krichevsky, Alexander, 2010: In dem Original-Artikel des Forschers wird die Komplexität des Themas deutlich, wenn der Autor die Einbringung und die Eigen schaften der Basen-Paare in den Pflanzenorganismus beschreibt. 14 Wilmroth, Jan, 2014 15 Pluta, Werner, 2013

2.2 PHILIPS BIO-LIGHT

Abb. 14 Tag-Rendering: Vervollständigung der Optik der Algenfassade an den zwei fehlenden Seiten mit einer Biolumineszenzfassade

Abb. 15 Abend-Rendering: Die Biolumineszenzfassade würde dem BIQ in den Abend- und Nachstunden eine einzigartige Optik geben, das blau-grünliche Licht sorgt auch in den Innenräumen für eine einzigartige Atmosphäre, die Innovationspotentiale für ein Überdenken heutiger Beleuchtungsstandards besitzt.

Nicht nur alternative Startup-Unternehmen, sondern auch Global Player beschäftigen sich mit dem Thema der Biolumineszenz. Der vielfältige Technologiekonzern Philips hat sich zum Ziel gesetzt, “das Leben durch sinnvolle Innovationen in den Bereichen Healthcare, Consumer Lifestyle und Lightning zu bereichern. Das Unternehmen gehört zu den Marktführern in den Bereichen Notfallmedizin, Gesundheitspflege zu Hause sowie energieeffizienten Lichtlösungen und neuen Beleuchtungsanwendungen”16 Philips hat mit 550 Mitarbeitern in 11 Studios weltweit eine der größten Design-Sparten.17 Neben traditionellen Designtätigkeiten für den globalen Markt zeichnet sich das Unternehmen auch durch innovative Nischenentwicklungen (design probes-Programm) mit einer großen Strahlkraft aus, wie zum Beispiel das “microbial home”, das auf der Dutch Design Week 2011 vorgestellt worden ist. Das “microbial home” ist eine Studie, die Design und Nachhaltigkeit miteinander verbinden soll und das “home” als ein zusammenhängendes System betrachtet. “Es entsteht ein privater Recyclingkreislauf, der auch noch gut aussieht.”18 Die Studie besteht aus mehreren Komponenten. Neben einer Kücheninsel, die Küchenabfälle in Methangas verwandelt und damit die Energie für die restlichen Obejekte bereitstellt, gibt es einen innovativen Tisch mit einem Verdunstungskühler und einen Paternoster, der aus biologisch abbaubaren Plastiktüten und Pilzkulturen essbare Pilze züchtet. Außerdem gibt es das “Bio-Light”, dem ich mich weiter widmen möchte. Es handelt sich um eine Stahlkonstruktion mit eingelassenen gläsernen Blaskugeln und hereinragenden Silikonschläuchen. In den Blaskugeln befindet sich eine Flüssigkeit aus lebenden biolumineszenten Mikroben, also Bakterien. Diese leuchten, wenn man ihnen eine Nährlösung zuführt. Dafür wird Methangas aus der Kücheninsel und andere Abfälle, sowie Wasser durch die Schläuche in die Glaskkolben leitet.19 Das “Bio-Light” zeigt das typische biolumeszentische grünliche Licht, das vor allem im Dunkeln seine wahre Schönheit zeigt. Es handelt sich um ein in sich geschlossenes System, das geruchsfrei ist, keine Hitze erzeugt und als Restprodukt nur biologische Abfälle hat. Mit dem Projekt wird Recycling auf eine neue Stufe gehoben, da es einen direkten Nutzen im Raum gibt. Man nennt dies “Upcycling”. Auch wenn es das Produkt nicht in den nächsten Jahren zu kaufen gibt, möchte Philips die globale Debatte um innovative und vor allem nachhaltige Lifestyle-Konzepte antreiben.20 2.3 LED-LINSEN NACH NATÜRLICHEM VORBILD

Nicht nur das Phänomen der Biolumineszenz ist Vorbild für Innovationen, sondern auch der Aufbau der Leuchtorgane, wie das folgende Beispiel zeigt. LED’s (light-emitting-diodes) sind in unserem Alltag immer wichtiger geworden, da sie einen geringen Stromverbrauch haben und sie sehr langlebig sind. Es handelt sich um Halbleiter-Bauelementen, die Licht einer bestimmten Wellenlänge emittieren, wenn durch sie Strom fließt.21 Die kleinen Leuchtdioden sitzen meist in einem kleinen durchsichtigem Kunststoffgehäuse und sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Da sie jedoch sehr klein sind und nur relativ schwach leuchten, ist ihr Nutzung als wirkliche Wohnraumlichtquelle noch nicht optimal, da man sehr viele Elemente in Reihe verbauen muss um die gewünschte Helligkeit zu erreichen.

16 Presseabteilung Philips, 2014 17 Presseabteilung Philips, 2014 18 Just, Nicole, 2011: Die Autorin beschreibt anschaulich den Aufbau des microbial home und näher die einzelnen Bestandteile, auf die ich nur gering eingehen konnte. 19 Presseabteilung Philips Design, 2011 20 Redaktion Smart Light & Living, 2011 21 Wikipedia, Artikel “Leuchtdiode”, 2014

Abb. 16 Angepasstes Energiekonzept: Die Biolumineszenz-Fassade würde sich perfekt in das Energiekonzept einpassen und dem Haus ein weiteres Highlight verpassen. Das Methangas und mögliche weitere Nährstoffe können durch Schläuche zugeführt werden. Die Abfallstoffe können einfach herausgefiltert werden und in dem System der Algenbiomasse beigefügt werden.

Forscher vom Korea Advanced Institute of Science und Technology arbeiten an Optimierungsmöglichkeiten von LED’s. Sie stellten fest, dass die Lichtausbeute verbessert werden könnte in dem man die Linse der Diode verbessert. Sie untersuchten das Leuchtorgan der Lampyridae (Leuchtkäfer, oder auch Glühwürmchen genannt), da ihre Lichtausbeute unter der Menge der eingesetzten Energie sehr hoch ist. Sie stellten einen bestimmten Aufbau der Organe fest. Im Elektronen-Mikroskop stellten sie drei Schichten fest: Innen eine reflektierende Schicht, in der Mitte die Licht emittierende Schicht und außen eine Schicht, die eine bestimmte Struktur aufweist. Die Struktur, rein optisch ähnlich aneinandergereihter Stecknadelköpfe, ist am besten in der Veröffentlichung des Teams unter Ki-Hun Jeong im Advanced Materials-Magazin nachzuvollziehen. Dort wird auch der komplette Aufbau des Systems ausführlichst beschrieben.22 Im folgenden entwickelten die koreanischen Forscher eine LED nach dem Vorbild der Natur. Innen setzten sie eine reflektierende Halbkugel ein, dann den LED-Chip und statt einer normalen durchsichtigen Linse produzierten sie eine Linse mit dem oben beschriebenen Aufbau des Leuchtorgans des Glühwürmchens. In späteren Tests stellten sie fest, dass mithilfe der Linse in jedem Lichtspektrum mehr Licht übertrugen wurde als mit handelsüblichen Linsen.23 Die Beobachtungen der Forscher im Feld der Bionik werden in Zukunft dazu beitragen, dass Leuchtdioden leistungsfähiger werden. Der Einfluss von energiesparenderen Objekten und energieeffizentieren Bauteilen in allen technischen Bereichen wie auch in der Architektur nimmt derzeit einen immer größeren Stellenwert ein und wird nicht mehr wegzudenken sein aus dem Alltag. Die Forschungen an den Leuchtdioden ist hier einzuordnen. Nur ein kleines Beispiel für die Innovationskraft der Bionik.

22 Jeong, Ki-Hun, 2012: In der Abhandlung des Koreaner Professors kann die genaue Forschung und Entwicklung der Nano-Textur nachvollzogen werden 23 Jakubiak, Julian, 2014

ENTWURF: BIOLUMINESZENTE FASSADE

Zustand 1: leere Röhren, hohe Transparenz, keine Lumineszenz

Zustand 2: Röhren gefüllt mit zirkulierendem Wasser, keine Lumineszenz

Zustand 3: Röhren gefüllt, Biolumineszenz durch zirkulierendes Wasser mit Dinoflagelatten

Szenario Schwimmbad: Außen

Szenario Schwimmbad: Innen

3. Anwendungsmöglichkeiten in der Architektur 3.1 EINLEITUNG

Wie die vorherigen Projekte zeigen, wird auf dem Gebiet der Biolumineszenz in verschiedene Richtungen geforscht. In der Praxis gibt es außer den gezeigten Beispielen aber keine weiteren nenneswerten Projekte, obwohl die biolumeszenten Organismen ein hohes, aber unerforschtes Transferpotential auch in Bereiche wie der Architektur bieten. Dabei muss man jedoch festhalten, dass meiner Meinung nach aussschließlich die biolumineszenten Mikroben Möglichkeiten bieten, wie im Philips “Bio Light” gezeigt wird. Jedoch könnte die Planung von lumineszenten Bauteilen auf Mikrobenbasis schon durchaus ausgereifter sein als in dem leuchtenden Design-Objekt. Wie “Smart Materials” in der Architektur bereits eingesetzt werden, zeigt das gleichnamige Buch von Axel Ritter. Je nach Eigenschaft sind die Materialien sortiert. Das Kapitel “Lichtemittierende Smart Materials” ist unterteilt in photolumineszierende Smart Materials, also Fluoreszenz-Materialien und Phosporeszenz-Produkte, sowie elektrolumineszierende Smart Materials, also diverse LED- und OLED-Fassaden. Ein innovatives Beispiel in dem Fachereich ist zum Beispiel das Hotel Habitat in Barcelona von cloud 9-Architekten, das eine LED-Vorhangfassade besitzt. Kleine Photovoltaikelemente nehmen tagsüber Sonnenenergie auf, die gespeichert wird und nachts die LED’s leuchten lässt. Die polyvalente “smartwrap”-Fassade von Kieran Timberlake Associates ist mit das innovativste Projekt in dem Bereich von Dünnschicht-VerbundFassadenelementen. Sie bestehen aus gedruckten Verbundmembranen, die Solarzellen, elektrische Schaltkreise und elektrischen Speicher verbinden, sowie als Sonenschutz dienen und eine lumineszente OLEDSchicht besitzen. Vorgestellt wurde das “smartwrap” 2003 an einem Pavillon im National Design Museum New York.24 Biolumineszente Marterialien werden allerdings nicht in dem Buch vorgestellt, da ihr Nutzen in der Architektur noch zu unerforscht ist. Eine gedankliche Übertragung in die Architektur ist aber trotzdem spannend. Als Einsatzgebiet für biolumineszente Materialien sehe ich am ehesten Wand- oder Fassadenbauteile, da sowohl der Aufbau als auch die benötigten Stoffe nicht komplizierter sind als zum Beispiel die einer Algenfassade, die schon praktisch im BIQ auf der IBA Hamburg umgesetzt wurde und präsentiert wird. Im folgenden möchte ich den Aufbau der Algenfassade schematisch beschreiben und das Transferpotential zu einer Biolumineszenzfassade untersuchen und direkte Realisierungsmöglichkeiten am BIQ überprüfen. Danach werde ich weitere Nutzungsfelder aufzeigen. 3.2 BIQ WILHELMSBURG - TRANSFER- UND ANWENDUNGSPOTENTIALE

Die Algenfassade, auch Bioreaktorfassade genannt, ist eine der Prestige-Objekte im Bereich der angewendeten Bionik in der Architektur der letzten Jahre. Das BIQ-Haus Wilhelmsburg ist eines der interessantesten Projekte für nachhaltige Null-Energie-Hausstandards, das mit neuen und intelligenten Baustoffen arbeitet. Das Haus besitzt ein ganzheitliches Energiekonzept, das in einem Kreislauf komplett auf fossile Energien verzichtet und die gesamte benötigte Energie für Stromerzeugung und Heizung über Solarthermie, Geothermie, eine Brennstoffzelle, Nahwärme und die Gewinnung von Algen-Biomasse in der Fassade erzielt. In den geschosshohen gläsernen Fassadenelementen werden Mikroalgen gezüchtet, die sich durch die Photosynthese mit dem einstrahlenden Sonnenlicht und dem zugeführtem CO2 aus der Brennstoffzelle vermehren.

24 Ritter, Axel, 2006

Die gezüchteten Mikroalgen können dann in einer Anlage zu Biogas (Methan) umgewandelt werden und die produzierte Wärme kann über einen Wärmetauscher direkt der Heizung zur Verfügung gestellt werden. Die Bioreaktoren übernehmen noch weitere Aufgaben der Gebäudeautomation. Sie dienen der Lichtsteuerung und Beschattung, außerdem dem Kälte- und Wärmeschutz sowie dem Schallschutz.25 Die Fassade des Hauses besteht aus circa 200 Quadratmeter Algenfassade. “Bei einem Ertrag von 15g Trockenmasse pro qm und Tag kann bei der Umwandlung von Biomasse in Biogas ein Nettoenergiegewinn von ca. 4.5000 kWh pro Jahr erzielt werden. Zum Vergleich: Eine vierköpfige Familie verbraucht im Jahr ca. 4.000 kWh.”26 Die Fassade übernimmt neben ihren üblichen Qualitäten auch ein ganz bestimmten Posten im Energiekreislauf (siehe rechts). Das System hat jedoch eine Schwachstelle. Die Biomasse wird zu Methangas umgewandelt, dieses muss jedoch erst in der Brennstoffzelle zu Strom umgewandelt werden bevor dieser für Beleuchtung verwendet werden kann. Anstatt das Methangas nochmal umzuwandeln, könnte man dieses auch direkt als Nährstoff für biolumineszente Mikroben verwenden, die in Fassaden oder Wänden in großen Glasbehältern gehalten werden. Anbieten würde sich dies auf den zwei Fassadenseiten des BIQ, die nicht durch die Algenfassade bespielt werden, und die der spektakulären Bioreaktorfassade ästhetisch um einiges nachstehen. Der Aufbau einer solchen Biolumineszenzwand könnte praktisch den gleichen Aufbau haben wie die schon verwendeten Algenfassadenbauteile. So könnte man Energieverluste durch die Brennstoffzelle vermeiden und gleichzeitig ein optisches Highlight schaffen, dass entweder als Fassade auch im Dunkeln das Bauwerk erstrahlen lassen könnte (siehe Rendering) oder als Innenraumelement eine moderne Lichtlösung sein könnte, die einzigartige Lichtstimmungen in Räumen erzeugt. Im Vergleich zu OLED-Fassaden oder Wänden würde man die Energieverluste durch die Umwandlung in der Brennstoffzelle vermeiden und könnte eine Lumineszenz verwirklichen, die mehr Qualität hat als das kalte Licht von elektrischen Dioden. Elektrische Energie würde nur benötigt werden für das Zu- und Abpumpen von Flüssigkeiten in die Behälter, dafür könnte im BIQ aber das schon vorhandene Pumpsystem der Algenfassade genutzt werden. Nachteil ist natürlich, dass man die Lichtfarbe der biolumineszenten Mikroben derzeit noch nicht verändern kann um andere Lichtstimmungen zu kreieren. Die lumineszente Fassade könnte natürlich durch den ähnlichen Aufbau mit der Algenfassade auch deren Multifunktionalität im Bereich Kälte- und Wärmedämmung, sowie Verschattungs- und Lichtsteuerung und Schalldämmung übernehmen.

25 Redaktion Global Magazin, 2012 26 KOS Wulff Immobilien GmbH, 2013: Die offizielle Homepage des BIQ Wilhelmsburg

3.3 WEITERE ANWENDUNGSGEBIETE UND FAZIT

Es gibt viele repräsentative Gebäude, die eine LED-Fassade besitzen und an denen eine Biolumineszenzfassade vorstellbar ist, die einen Stellenwert im Energiekonzept dieser Gebäude bekommen könnte. Da man Methangas in modernen Biogasanlagen durch Vergärung von Biomasse gewinnen kann, bietet sich dieses Prinzip für alle Gebäude, in denen Speisen konsumiert werden an, da man, anstatt den Bioabfall entsorgen zu lassen, diesen zur Biogasgewinnung verwenden könnte und damit die Nährstoffgrundlage für Biolumineszenz-Fassaden an eben diesen Gebäuden oder anderen Beleuchtungsobjekten bieten könnte. Die statischen Gesichtspunkte mal nicht beachtet, findet man viele Objekte an denen dieses Konzept vorstellbar wäre. Fassaden von Fußballstadien, wie zum Beispiel der Allianzarena oder auch Hotels und Firmensitze könnten so ihr Gebäude zu einer ganz besonderen Adresse des “Geo-Ingeneerings” werden lassen. Anwendungsgebiete kleinen Maßstabs und größerem zeitnahen Verwirklichungspotential sind beispielsweise Notausgangsschilder oder matt leuchtende Leitstreifen auf Flughäfen oder Kinosälen, die man biolumineszent beleuchten könnte. Auch in der Leuchtwerbung könnte man als Unternehmen ein innovatives Zeichen setzen. Abschließend lässt sich festhalten, dass das Zitat von Viviandi “Wherever is life, you can find light” auch heute noch seine Gültigkeit besitzt und auch “Wherever is light, you can find life” heißen könnte. Wie im ersten Absatz aufgezeigt, gibt es zahlreiche Arten von Lumineszenz und für die Zukunft wird es äußerst spannend, welchen Platz die Biolumineszenz in unserem Leben einnehmen wird. Aufgrund der Durchbrüche in der DNA-Forschung sind der Vorstellung keine Grenzen gesetzt. Wer selbst einmal mit biolumineszenten Mikroben arbeiten möchte, findet auf den Seiten des Chemie-Instituts der Uni Jna eine Anleitung zur Zucht.27 Außerdem kann man sich getrockente Muschelkrebse bei Schlüter-Biologie bestellen, die zermörsert unter der Zugabe von Wasser grünlich leuchten.28 Biolumineszenz wird so für den Laien erfahrbar. Biolumeszente genveränderte Pflanzen sprengen meiner Meinung nach derzeit unsere Vorstellungskraft, aber vielleicht wird ein Naturschauspiel wie im Blockbuster “Avatar” von James Cameron in unseren Straßen einmal Wirklichkeit. Inwieweit Biolumineszenz in der Architektursparte angewandt wird, ist überhaupt nicht abschätzbar. Ein experimentelles Projekt auf Basis der Algenfassade wäre spannend und absehbar kalkulierbar. Le Corbusier sagte 1922: “Architektur ist das kunstvolle, korrekte und großartige Spiel der unter dem Licht versammelten Baukörper”.29 Vielleicht handelt es sich in der Zukunft einmal um biolumineszentes Licht.

27 Chemie-Institut Universität Jena, 2012 28 Klawun, Jörg, 2014 29 Le Corbusier, 1922

4. QUELLENVERZEICHNIS 1. Chemie-Institut Universität Jena, Lumineszenz, 2013, aufrufbar unter http://www.chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/lumineszenz.htm (13.02.2014) 2. Wikipedia, Artikel “Lumineszenz”, 2014, aufrufbar unter http://de.wikipedia.org/wiki/Lumineszenz (13.02.2014) 3. Matern, Ulrich; Geschichte und Mechanismus der Biolumineszenz, Biologie in unserer Zeit, 14/5 (1984) Seiten 140-149, Frankfurt 2008 4. Haddock, Steven H.D., Moline, Marc A., und Case, James F.; Bioluminescence in the Sea, Annual Review of Marine Science 2, Seiten 443-449, Monterey 2010 5. Shimomura, Osamu; Bioluminescence: Chemical Principles and Methods, World Scientific Pub, Singapur 2006 6. Chemie-Institut Universität Jena, Biolumineszenz, 2013, aufrufbar unter http://www.chemie.uni-jena.de/ institute/oc/weiss/biolumineszenz.htm (13.02.2014) 7. International Society for Bioluminescence and Chemieluminescence, Symposium Website, 2014, aufrufbar unter http://www.isbc.unibo.it/ (15.02.2014) 8. Hardeland, Rüdiger; Biolumineszenz – Naturphänomen und Grundlage moderner Werkzeuge, Biospektrum 3.00, 6. Jahrgang, , Institut für Zoologie und Anthropologie, Universität Göttingen, Heidelberg 2000 9. Umweltverband WWF; Bionik: Natur als Vorbild, Seiten 129-145, pro futura Verlag, München 1993 10. Wikipedia, Artikel “Kickstarter.com”, 2014, aufrufbar unter http://de.wikipedia.org/wiki/Kickstarter.com (16.02.2014) 11. Lobe, Adrian; Forscher will Beleuchtung in Bäumen integrieren, in Die Welt online, 2013, aufrufbar unter http://www.welt.de/wissenschaft/article118566688/Forscher-will-Beleuchtung-in-Baeume-integrieren. html (16.02.2014) 12. Redaktion Pflanzenforschung.de; Stromsparen mit leuchtenden Pflanzen: Haben Energiesparlampen bald ausgedient?, 2013, aufrufbar unter http://www.pflanzenforschung.de/de/journal/journalbeitrage/ stromsparen-mit-leuchtenden-pflanzen-haben-auch-energie-10062 (20.02.2014) 13. Krichevsky, Alexander et al.; Autoluminescent Plants, in PLOS Online, 2010, aufrufbar unter http://www. plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0015461 (20.02.2014) 14. Wilmroth, Jan; Us-Forscher machen leuchtende Pflanzen marktreif, in Wirtschaftswoche Green - Online, 2014, aufrufbar unter http://green.wiwo.de/biotechnologie-us-forscher-machen-leuchtende-pflanzenmarktreif/ (15.02.2014) 15. Pluta, Werner; Kickstarter verhindern Weitergabe leuchtender Pflanzen, 2013, aufrufbar unter http://www. golem.de/news/gentechnik-kickstarter-verhindert-weitergabe-leuchtender-pflanzen-1308-100874.html (22.02.2014) 16. Presseabteilung Philips; Unternehmensprofil, 2014, aufrufbar unter http://www.philips.de/about/company/global/index.page (22.02.2014) 17. Presseabteilung Philips; Philips Design, 2014, aufrufbar unter http://www.philips.de/about/company/ global/businesses/innovationemergingbusinesses/design.page (23.02.2014) 18. Just, Nicole; Das Microbial Home von Philips: Löst eine Designstudie die Probleme der modernen Welt?, 2011, aufrufbar unter http://www.vegan-sein.de/1719-das-microbial-home-von-philips-lost-eine-designstudie-die-probleme-der-modernen-welt-2.html (20.02.2014) 19. Presseabteilung Philips; Bio-Light, 2011, aufrufbar unter http://www.design.philips.com/philips/sites/philipsdesign/about/design/designportfolio/design_futures/bio_light.page (16.02.2014) 20. Redaktion Smart Light & Living; “Bio-Light”: Biolumineszenz beleuchtet den Hintergrund, 2011, aufrufbar unter http://smartlightliving.de/bio-light-biolumineszenz-beleuchtet-den-hintergrund/ 21. Wikipedia, Artikel “Leuchtdiode”, 2014, aufrufbar unter http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode (17.02.2014) 22. Jeong, Ki-Hun; Glass Nanopillar Arrays with Nanogap-Rich Silver Nanoislands for Highly Intense Surface Enhanced Raman Scattering, 2012, in Advanced Materials, Ausgabe 24, Seiten 2234-2237, aufrufbar unter http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201104696/abstract (17.02.2014) 23. Jakubiak, Julian; LED-Entwickler lernen von Glühwürmchen, 2014, aufrufbar unter http://www.bionik-zentrum.de/default.asp?navA=newsdetail&main=news&newsid=325 24. Ritter, Axel; Smart Materials in Architektur, Innenarchitektur und Design, Birkhäuser Verlag, Seiten 110141, Heidelberg 2006

25. Redaktion Global Magazin; Hamburg: Haus mit Algen-Fassade, 2012, aufrufbar unter http://globalmagazin. com/blog/hamburg-haus-mit-algen-fassade/ (18.02.2014) 26. KOS Wulff Immobilien GmbH; Microalgen: Clevere Energiebündel, 2013, aufrufbar unter http://www. biq-wilhelmsburg.de/die-fassade/biologie.html (18.02.2014) 27. Chemie-Institut Universität Jena; Biolumineszenz von Leuchtbakterien, 2012, aufrufbar unter http://www. chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/bakterien.htm (20.02.2014) 28. Klawun, Jörg; Leuchtkrebschen (Trockenkrebschen) Cypridina hilgendorfii, in Katalog 2014 Schlüter-Biologie, 2014, Seite 19, aufrufbar unter http://www.schlueter-biologie.de/files/pages/katalog1415.19.pdf (21.02.2014) 29. Le Corbusier, Vers une Architecture (Ausblick auf eine Architektur), 1922, übersetzt in Bauwelt Fundamente, Band 2, Berlin 1981

5. ABBILDUNGSVERZEICHNIS 1. Titelbild: Leuchtkäfer, http://view.stern.de/de/picture/2312510/Insekt-Macroaufnahme-Glanz---VIEWspotlight-Gluehwuermchen-Biolumineszenz-510.jpg (20.02.2014) 2. Illustration Biolumineszent, Brockhaus Konversationslexikon, 1894-1896, 14. Auflage, Bd. 17, http://www. chemie.uni-jena.de/institute/oc/weiss/bilderN/brockhausalt.png (20.02.2014) 3. Illustration Haddock, Steven H.D. Haddock, Mark A. Moline und James F. Case, Bioluminescence in the Sea, Annual Review of Marine Science 2, Monterey Bey 2010, 443-449 4. Schwarzangler, http://www.tagblatt.ch/storage/scl/import/tbnews/tbhb/tb-fc/1487001_m3w560h330q75v33350_xio-fcmsimage-20121003013609-006059-506b7a6940a1b.tbhb_20121003_5gusy_q5.jpg?version=1349221371 (15.02.2014) 5. Biolumineszente Mikroben im Glaskolben, http://images.derstandard.at/t/12/2012/03/13/1331226884431. jpg (05.02.2014) 6. Feuerbaum, http://img03.arabsh.com/uploads/image/2013/01/20/0d30474c61f004.bmp (10.02.2014) 7. Anthony Evans, http://www.synthetic-bestiary.com/wp-content/uploads/image3.jpg (10.02.2014) 8. Biolumineszente Straßenbeleuchtung, http://www.iluminet.com/press/wp-content/uploads/2013/10/ Trees.jpg (10.02.2014) 9. Starlight Avatar, http://www.designboom.com/wp-content/uploads/2014/01/bioglow-light-producingplants-500.jpg (10.02.2014) 10. Philips “microbial home”, http://www.designboom.com/weblog/images/images_2/2011/jenny/0-microbialhome/microbialhome-f01.jpg (11.02.2014) 11. Philips “bio light”, http://www.abitant.com/uploads/post_image/51339/content_818__8_.jpg (11.02.2014) 12. “Advanced Materials”-Cover, http://biophotonics.kaist.ac.kr/_/rsrc/1338518994432/config/AdvmatYJOh.jpg (13.02.2014) 13. Aufbau LED, http://www.asknature.org/images/uploads/product/064a2354cc8faf1ab2960e075f831426/fireflys_pnas_630.jpeg (13.02.2014) 14. Tag-Rendering BIQ Haus, http://www.everyday-feng-shui.de/feng-shui-news/wp-content/uploads/2012/05/ SPLITTERWERK_BIQ-Rendering-Sueden_01.jpg (20.02.2014) 15. Abend-Rendering BIQ Haus, eigene Bildbearbeitung, Grundlage http://www.everyday-feng-shui.de/feng-shui-news/wp-content/uploads/2012/05/SPLITTERWERK_BIQ-Rendering-Sueden_01.jpg (20.02.2014) 16. Energiekonzept BIQ Haus, eigene Bildbearbeitung, Grundlage https://d2iweeeny6suwz.cloudfront.net/ thumbnails-PRODUCTION/82/da/82dac976d39e0c1e5c69c67b2b452a0f.jpg (20.02.2014) 17. Allianz Arena, http://dieterkonrad-photography.de/wp-content/uploads/2013/03/Allianz_Arena_Gruen_03. jpg (21.02.2014) 18. Notausgangsschild, http://enjoyyourphotography.files.wordpress.com/2013/09/arbeitsvertrag-mindshape. jpg (21.02.2014) 19. Leuchtstreifen, http://www.per-gmbh.de/de/images/presse/pm_2010-09-13_2_big.jpg (21.02.2014)

LICHTFASSADEN Auf den folgenden Seiten folgt eine Darstellung von erarbeiteten Lichtfassaden-Konzepten. Das Thema â&#x20AC;&#x17E;Lumineszenzâ&#x20AC;&#x153; wird in den Bereichen Lichtpartikel, Laser, Graviertes Glas und Glasfasern

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LED

INNEN

AUSSEN

AVU

GLASSCHEIBE

INNEN

AUSSEN

AVU

GLASSCHEIBE

GRAVUR-FASSADE Funktionsweise: In den Scheibenrahmen sind LED-Leuchten eingebaut, die durch die Scheibe leuchten. Die dreidimensionale Gravur im Glas sorgt dafĂźr, dass das Licht gebrochen und so sichtbar wird.

AuĂ&#x;enperspektive

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ADE

PARTIKEL-FASSADE Funktionsweise: Zwischen der Verglasung und einer vorgesetzten Scheibe werden Partikel aufgewirbelt. Je nach Menge der Partikel und das Anleuchten der Schwebeteilchen sorgt für unterschiedliche Transparen-zen der Fassade

Außenperspektive

BÄUDETECHNOLOGIE - FLEX & STRETCH - WS 2016/17, Univ. Prof. Dr.-Ing. Architekt D. H. Braun, Serode, Inhofer - Michel, Tüschen

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GESCHLOSSEN

ADE

LICHTLENKUNG-FASSADE Funktionsweise: Das Fassadensystem besteht aus halbtransparenten Pai-lletten, die mit einseitigen Spiegeln besetzt sind. Von oben strahlt das Licht vertikal nach unten und wird, je nach Stellung der Lamellen, nach außen gespiegelt und sorgt für opake Bereiche in der Fassade.

Außenperspektive

ÄUDETECHNOLOGIE - FLEX & STRETCH - WS 2016/17, Univ. Prof. Dr.-Ing. Architekt D. H. Braun, Serode, Inhofer - Michel, Tüschen

SEMI-TRANSPARENT

TRANSPARENT

GESCHLOSSEN

GLAS

LASER

MEDIUM: ZB AEROGELE

SPIEGEL

GLAS

LASER-FASSADE Funktionsweise: Das System besteht aus Laserstrahlen, die in einem gekrĂźmmten dreieckigen Rahmen reflektiert werden. Es ensteht ein geschlossenes Fassadenfeld aus Licht, da Mini-Partikel das Licht sichtbar machen.

AuĂ&#x;enperspektive

TRANSPARENT

SEMI-TRANSPARENT

GESCHLOSSEN

FARBIGKEIT

GLASFASER-FASSADE Funktionsweise: Ein vorgehängter Vorhang aus Glasfasern besitzt eine gewisse Ausgangstranzulenz. Die Lichtwellenleiter emmitieren das Licht, das aus den Fassadenprofilen heraus in die Fasern geleitet werden, über die gesamte Länge nach außen.

Außenperspektive

KONKRETISIERUNG LICHTFASSADE Als Weiterentwicklung der Lichtfassaden wurde die Thematik der Glasfasern vertieft und eine Glasfaser-Fassade erarbeitet. Das Grundprizip der Fassade ist: Die Herstellung einer opaken Fassade, indem Licht über die Fläche emmitiert wird. Das Leuchten sorgt dafür, dass man nicht hindurchblicken kann.

Tag

Nacht 1

Nacht 2

Nacht 3