Nachhaltigkeitshandbuch by Chemgeneration

FUTURE LIVING Nachhaltige Technologien, die unsere Zukunft sichern kรถnnen chemgeneration.com | educational kit

Einleitung Liebe Leser, Sie versuchen bestimmt auch, in ihrem Leben nachhaltige Aktivitäten zu setzen. Nachhaltigkeit wird oft als Schlüsselfaktor für unser Leben bzw. unsere Zukunft bezeichnet, bei der zukünftige Generationen ebenso eine entscheidende Rolle spielen werden. Aber der Begriff der Nachhaltigkeit sowie die Dinge, die wir und der Rest der Welt tun können, sind oft nicht sehr eindeutig - auch nicht für uns Erwachsene. Die „Chemgeneration Educational“ Materialien, die von der BASF herausgegeben werden, haben zum Ziel, übergreifend die Methoden der Nachhaltigkeit und insbesondere die wissenschaftlichen Entwicklungen, die zukünftige Städte verändern können, den Energieverbrauch und unsere Ernährung in der Sprache der jungen Leute vorzustellen. Zusammenfassend ausgedrückt: das tägliche Leben der Menschen. Die Schüler von heute werden definitiv in der Zukunft auf diese Entwicklungen treffen, da es für sie unumgänglich sein wird, elektrisch angetriebene Autos zu fahren, in Passivhäusern zu wohnen oder die Solar- bzw. Windenergie zu nutzen. Wir glauben, dass Schulen und Lehrer/innen die nachhaltige Entwicklung am besten fördern können, indem sie den Schülern die Nachhaltigkeit als Wert vermitteln und das Interesse an der Wissenschaft, die eine entscheidende Rolle beim Umweltschutz und der nachhaltigen Entwicklung spielen wird, wecken. Wir hoffen, dass die junge Generation großes Interesse an einer wissenschaftlichen Karriere hat und motiviert ist, in ihren jeweiligen Berufen mit Hilfe der neuesten wissenschaftlichen Werkzeuge Nachhaltigkeit zu unterstützen.

BASF für Bildung und Nachhaltigkeit Die BASF verfolgt das Ziel: „Wir schaffen Chemie für eine nachhaltige Zukunft.“ Aber was heißt das? Es bedeutet, dass unsere Firma als Teil der Gesellschaft Innovationen entwickelt und gleichzeitig auch die Grundsätze und Leitlinien der nachhaltigen Entwicklung beachtet. Während unserer 150 Jahre alten Firmengeschichte haben wir viele neue Technologien erforscht, die die nachhaltige Entwicklung fördern. Das beginnt bei innovativen Materialien, die die Nutzung der grünen Energie erleichtern und geht hin bis zu modernen und umweltfreundlichen Autoteilen. Wir sind davon überzeugt, dass wir mit Hilfe moderner wissenschaftlicher Methoden sehr viel für die Nachhaltigkeit tun können. Eines unsere Ziele ist, das Konzept der Nachhaltigkeit und die wichtige Rolle, die die Wissenschaft dabei spielt, einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Insbesondere der jüngeren Generation, da der Schlüssel für unsere Zukunft in ihren Händen liegt. Für sie wurden verschiedene Programme entwickelt, in denen sie persönliche Erfahrungen in der spannenden Welt der Wissenschaften sammeln und gleichzeitig etwas über die Bedeutung der Chemie bei der nachhaltigen Entwicklung unserer Welt lernen können.

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg bei der Arbeit und viele interessierte Schüler.

We create chemistry

BASF Labor für Kinder Das BASF Kids Lab ist ein interaktives Bildungsprogramm, das speziell für die 7 - 10-Jährigen angeboten wird. Hier haben Kinder die Möglichkeit, die Welt der Chemie mit Hilfe von einfachen und ungefährlichen chemischen Experimenten zu entdecken, die vielleicht die Neugierde für die Wissenschaften und insbesondere für die Chemie wecken. 2

CHEMGENERATION.COM Bildungswebseite Das Hauptziel unserer Webseite, die nun schon seit vier Jahren online ist, besteht darin, die Aufmerksamkeit auf die Wissenschaften zu lenken. Zusätzlich soll die Rolle, die die Chemie in unserer Welt, einschließlich ihrer wichtigen Aufgaben in Bezug auf die Zukunft der Menschheit und der nachhaltigen Entwicklung spielt, vorgestellt werden. Die Basis hierfür sind Informationen über wichtige chemische Entdeckungen so wie die neuesten wissenschaftlichen Innovationen.

CHEMGENERATION Programm Nach dem großen Erfolg der Chemgeneration Webseite entwickelt BASF nun jedes Jahr Programme, die Schüler im Alter von 14 - 18 Jahren zu wissenschaftlichem Denken und Handeln anregen sollen. 2012 stellten wir die wissenschaftlichen Technologien, die wesentlicher Bestandteil einer nachhaltigen, modernen Stadt sind, mit Hilfe eines Online-Spiels namens „Future City“ vor. 2013 luden wir Gymnasiasten zu einem Wettbewerb namens „Chain Reaction“ ein, der das physikalische und chemische Wissen der Schüler forderte. Jedes Team musste eine selbsttätig funktionierende Kettenreaktionsmaschine bauen, die

mit Hilfe verschiedener physikalischer und chemischer Reaktionen funktionierte. Im Schuljahr 2014/2015 werden wir wieder Schüler zu einem wissenschaftlichen Wettbewerb einladen. Das Ziel des wissenschaftlichen Wettbewerbs „Future Heroes - Helden der Zukunft“ ist es, zukünftige junge Erfinder zu entdecken, die wissenschaftliche Innovationen kreativ anwenden können, um Lösungen umweltfreundlicher umzusetzen. Gymnasialteams haben die Aufgabe, ein wissenschaftliches Forschungsprojekt auf die Beine

zu stellen und eine innovative und nachhaltige Lösung zu schaffen, die auf ein Problem in ihrer eigenen Gemeinde angewendet werden kann. Dieses Problem kann zum Beispiel die Energieverschwendung in der Schule oder die Erzeugung von großen Abfallmengen sein. Das Wichtigste ist, dass wissenschaftliche Methoden für die Lösung des Problems angewendet werden. Die besten Ideen können als Beispiele dienen und auch andere inspirieren, Etwas ändern zu wollen und nachhaltige Lösungen einzusetzen.

Handbuch zur Nachhaltigkeit Die Handbücher, die die drei Haupttrends der Zukunft vorstellen, beinhalten neun reich bebilderte wissenschaftliche Artikel, die das Verhältnis von Nachhaltigkeit und Wissenschaften auf einem globalen Niveau, das unsere Welt am stärksten beeinflusst, wie zum Beispiel Energie- oder

Wasserverbrauch, aufzeigen. Die Texte präsentieren den Schülern die neuesten Forschungsergebnisse und -innovationen und halten viele interessante Informationen bereit, um das Interesse der Schüler zu wecken. Die wissenschaftlichen Artikel unterstützen aber auch die Lehrer/innen, da diese mehr über

die neuesten wissenschaftlichen Entdeckungen, von denen sie bis jetzt vielleicht noch nichts gehört haben, erfahren können.

Schnelle Bevölkerungszunahme und wachsende Städte stellen Forscher vor Herausforderungen. Der Aufbau der Städte verändert sich, die angewandten Bauweisen werden immer umweltfreundlicher. Außerdem sind saubere Luft und nachhaltiges Wassermanagement wichtig. Die Wissenschaft hielt bereits einige spannende Antworten dafür parat. Erfahre mehr über die modernsten Ökostädte, die neuesten zukünftigen Baumethoden, biologische Wasseraufbereitung und die Möglichkeiten der Meerwasserentsalzung. Mache dich vertraut mit den Folgen der Luftverschmutzung und damit, wie mithilfe der neuesten wissenschaftlichen Technologien dagegen vorgegangen werden kann.

STÄDTISCHES LEBEN

Die Zukunft des Wassers – wie kann die Wissenschaft unseren Durst löschen? Menschen und alle anderen Lebewesen brauchen Wasser, um leben zu können. Die zunehmende Weltbevölkerung und der Klimawandel führen zu einer kontinuierlichen Verringerung der Wasserressourcen unseres Planeten, während der verbleibende Anteil immer weiter verschmutzt. Dieser Beitrag beschreibt die Bemühungen der Wissenschaft, sauberes Wasser zu erhalten.

Jeder Tropfen ist kostbar

Wasser ist eine der weitverbreitetsten Substanzen auf der Erde. Es ist so verbreitet, dass beinahe drei Viertel des Planeten,

Ozeane, Meere, Seen und Flüsse bilden riesige Wasserressourcen und auch am Nord- und Südpol wie auch in Gebirgsgletschern ist, zu Eis gefroren, eine Unmenge an Wasser zu finden.

71 %, von Wasser bedeckt sind

? Wie ist es möglich, dass trotz dieser enormen Wasserressourcen Menschen in vielen Teilen der Welt unter Wasserknappheit zu leiden haben

Die Antwort lautet, dass nur ein verschwindend geringer Teil von

2,5 %

lediglich der weltweiten Wasserressourcen trinkbares Süßwasser ist. Dazu kommt, dass der überwiegende Teil des Süßwassers größtenteils als eine dauerhafte Schicht aus Schnee und Eis in Gletschern eingefroren oder tief unter der Erdoberfläche von Gestein eingeschlossen und schwer zu erreichen ist.

Der menschliche Bedarf an Wasser nimmt jedoch zu. Heutzutage muss täglich

7 Milliarden Menschen Wasser zur Verfügung gestellt werden: zum Trinken, Waschen und für die Essenszubereitung. In einigen Jahrzehnten werden sich allerdings

10 Milliarden Menschen eine deutlich geringere Wassermenge teilen müssen.

Wasser als kostbares Gut Wohlhabende und wasserarme Länder des Nahen Ostens importieren Trinkwasser aus kanadischen und sibirischen Seen, was bedeutet, dass dieses Wasser so gut wie um die gesamte Welt reist, bis es jene erreicht, die es trinken. Ähnlich verhält es sich in Amerika, wo große Städte mit Millionen Einwohnern Wasser von hunderte Kilometer entfernten Orten beziehen. Geschäftsleute, die in großem Stil Wasserressourcen in Russland, Kanada und Alaska kaufen, sind die neuen Ölbarone.

Die neuesten Forschungsergebnisse zeigen, dass heutzutage

1 Milliarde Menschen unter Durst zu leiden haben

und

T. Boone Pickens, der größte

100 Millionen US-Dollar Wasserbesitzer Amerikas, hat

bis zum Jahr

2050 das

in den Kauf von Brunnen und Wasserquellen investiert. Er plant, künftig Texas das Trinkwasser zu

Wasser auf dem Planeten nur für die Hälfte der Menschheit ausreichen wird.

Doch warum erschöpfen sich die nutzbaren Wasserressourcen?

165 Millionen US-Dollar.

verkaufen, für

Einerseits wegen des Klimawandels, da die zunehmende Erdtemperatur zu Wetterextremen, häufiger auftretenden Dürren, schrumpfenden Seen und trockenen Wassereinzugsgebieten führt. Andererseits hat der Wasserverbrauch der Menschen, insbesondere jener der Großstadtbewohner, dramatisch zugenommen. An vielen Orten nimmt der Wasserverbrauch bereits schneller zu als er mithilfe der verfügbaren Ressourcen gedeckt werden kann. Es fällt auf, dass trotz dieser beängstigenden Fakten der verschwenderische Wasserverbrauch nicht abnimmt. Beispielsweise würde die Hälfte der Weltbevölkerung an einem Tag dieselbe Wassermenge konsumieren wie sie täglich für die Bewässerung von Golfplätzen notwendig ist.

Gesamter WasserFußabdruck (m3/Jahr/Menge) Wasserverbrauch wird mit dem Wasser-Fußabdruck gemessen. Der WasserFußabdruck des nationalen Verbrauchs wird definiert als die Gesamtmenge an Süßwasser, die genutzt wird, um die Waren zu produzieren und die Dienstleistungen bereitzustellen, die von den Bürgern der jeweiligen Nation konsumiert bzw. in Anspruch genommen werden. 7

Bionik:

TIPP So sparst du Wasser: • • • • • •

Dusche anstatt zu baden! Für eine ein paar Minuten dauernde Dusche benötigst du nur die Hälfte der Menge an Wasser, die notwendig wäre, die Badewanne zu füllen. Drehe den Wasserhahn zu, während du dir die Zähne putzt! So vermeidest du unnötigen Wasserverbrauch. Sammle Regenwasser für das Gießen der Zimmerpflanzen, verwende dafür kein Leitungswasser! Statte dein Zuhause mit einer Wasserspardusche und -armaturen aus! Toilettenspülen verursacht Haushalten den größten Wasserverbrauch. Nutze effiziente, mehrstufige Spülkästen! Wasche Geschirr nicht unter laufendem Wasser! Weiche es lieber ein, so lässt es sich auch leichter reinigen.

die Tier- und Pflanzenwelt nachahmen Tiere, die in wasserarmen Lebensräumen leben, haben sich an die Umstände angepasst. Es gibt zum Beispiel einen besonderen, in Afrika beheimateten Käfer, der die winzigen Mikrofasern seines Rückens dafür nutzt, das in den morgendlichen Dunstschwaden enthaltene Wasser in seinen Körper aufzunehmen. Diese intelligente Lösung inspirierte die Wissenschaft, die bereits an einer sich selbstfüllenden Wasserflasche arbeitet, die nach demselben Prinzip funktioniert: Die Flasche ist mit einem speziellen nanotechnischen Material überzogen, das die Feuchtigkeit der Luft in die Flasche leitet.

Wasser ist der Schlüssel zu modernem Leben Infolge der rasanten Urbanisierung wird die Gewährleistung von Wasser in Metropolen in zunehmendem Maße zu einer Herausforderung. Ohne Wasser gäbe es vor Ort kein Wirtschaftsleben und keine Industrie. Brandbekämpfung, Stadtgärten und Schwimmbäder benötigen allesamt eine Menge Wasser. Wie viel Wasser wird benötigt, um dein Lieblingsnahrungsmittel herzustellen?

Damit wir jeden Tag im Rahmen der öffentlichen Wasserversorgung über unsere Wasserhähne verlässlich auf Wasser zugreifen können, ist eine große Anzahl an Rohrleitungen, Kanälen und Pumpanlagen erforderlich. Der steigende Wasserbedarf ist auf das Bevölkerungswachstum und eine Zunahme an wasserintensiver Ernährung zurückzuführen. Zusätzlich ändern sich Verhaltensweisen der Bevölkerung, die sich durch zunehmenden Wasserverbrauch auszeichnen. Da die Bevölkerung wächst, müssen immer mehr Menschen ernährt werden. Nur wenige wissen, dass Getreideproduktion und Viehwirtschaft verantwortlich sind für den Großteil des menschlichen Wasserverbrauchs: Die Landwirtschaft hat 80 % des weltweiten Wasserverbrauchs zu verantworten, was bedeutet, dass dies der Bereich ist, in dem ein erheblicher Rückgang der Wassernutzung vonnöten ist.

1 Scheibe Brot = 48 Liter Wasser 1 Apfel = 82 Liter Wasser 1 Scheibe Käse = 152 Liter Wasser 1 Stück Pizza = 1216 Liter Wasser 1 Hamburger = 2393 Liter Wasser 1 Tasse Kaffee = 132 Liter Wasser 1 Tafel Schokolade = 1720 Liter Wasser 1 kg Rindfleisch = 15.415 Liter Wasser

Aus diesem Grund streben etliche zukunftsorientierte Studien und Forschungsexperimente nach der Antwort auf die Frage, wie ausreichend Nahrungsmittel unter Verwendung einer geringeren Wassermenge hergestellt werden können. In unserem Beitrag „Mehr Nahrung aus weniger Wasser“ findest du weitere Informationen zu diesem Thema. 8

Meerwasser als Rettung der Menschheit? Meere und Ozeane bilden die größten Wasservorräte auf der Erde, daher bemühen sich die Menschen schon seit langem darum, Salzwasser trinkbar zu machen. Mithilfe von Entsalzung ist dies möglich. Bereits im 4. Jahrhundert v. Chr. wurde einfache Destillation angewandt, doch erfordert der komplexe Prozess, Wasser viele Male zu kochen und den auf diese Weise erzeugten Dampf abkühlen und kondensieren zu lassen, eine Menge Energie.

Die Multibore® Ultrafiltrationsmembrane, entwickelt durch ein Tochterunternehmen von BASF, hat sich bereits in vielen Entsalzungsanlagen als effektiv erwiesen. Die Membrane bietet eine sichere Barriere gegen Schwebstoffe, Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen und eine beständig hohe Filtratqualität, selbst dann, wenn sich die Zusammensetzung des ursprünglichen Wassers verändert.

Eine ökonomischere Form der Entsalzung beruht auf Umkehrosmose, bei der unter hohem Druck Meerwasser durch eine halbdurchlässige Membrane gepresst wird, was dazu führt, dass das Wasser Salz verliert. Die Chemie hilft entscheidend dabei, dieses Verfahren effizienter zu gestalten.

Nach Vorhersagen des auf die Branche spezialisierten Magazins Global Water Intelligence (GWI) wird

2025 der Wasserbedarf von

14 % der Weltbevölkerung mithilfe von Meerwasserentsalzung gedeckt. Zum jetzigen Zeitpunkt ist es nur

1 %. Momentan gibt es 17.000 Entsalzungsanlagen in 120 Ländern, doch wird ein erheblicher Zuwachs an Anlagen erwartet.

Ein Segen des Himmels Die Planer künftiger Metropolen sind sich darin einig, dass eine moderne Megastadt auf verschiedene Weise Regenwasser verwerten muss. Möglicherweise ist es Südostasien, das auf die längste Tradition bei der Nutzung von Regenwasser zurückblickt. Japans berühmter Wolkenkratzer, der Tokyo Skytree, mit einer Höhe von 634 Metern das zweithöchste Gebäude der Welt, verfügt über riesige Wassertanks im Tiefkellergeschoss, die ungefähr 2.600 Kubikmeter Regenwasser aufnehmen können. Diese intelligente Lösung verschafft kostenloses Wasser für die Kühlung des riesigen Gebäudes und die Toilettenspülungen. Im Übrigen, die Bepflanzung der Dächer von Stadtgebäuden dient nicht nur ästhetischen Zwecken. Die meisten dieser bepflanzten Dächer stellen innovative Lösungen für den Umgang mit Regenwasser dar, die gleichzeitig die Energiebilanz des Gebäudes, die Luftqualität und die städtische Ökologie verbessern. Bepflanzte Dächer sind in der Lage, Regenwasser aufzunehmen und zu verwerten während einige der Schadstoffe in den Pflanzen gespeichert werden. Ein stark bepflanztes Dach kann bis zu 75 % des Niederschlags aufnehmen und verringert auf diese Weise auch den Oberflächenabfluss und die Menge an Regenwasser, die in der Kanalisation landet.

Wusstest du schon • Momentan wird die größte Menge des Regenwassers in China und Brasilien genutzt. In diesen Ländern wird Regenwasser auf den Hausdächern gesammelt, um als Trinkwasser, Brauchwasser, Wasser für das Vieh, als eine Möglichkeit des Anhebens des Grundwasserspiegels und für kleinere Bewässerungen genutzt zu werden.

Innovative Wasseraufbereitung Nicht nur eine geringe Wassermenge, auch eine geringe Wasserqualität verursacht gravierende Probleme.

Ungefähr

Weltweit wird

2,5 Milliarden

80 %

Menschen leiden unter dem Konsum von verschmutztem Wasser und haben täglich Probleme damit, auf sauberes Wasser zugreifen zu können

Die Situation ist besonders dramatisch in den Städten in Schwellen- und Entwicklungsländern. In Buenos Aires beispielsweise sind die Flüsse sehr verschmutzt; in Kalkutta, Indien, haben die Menschen mit fäkaler Verunreinigung und einer erhöhten Konzentration von Arsen im Grundwasser zu kämpfen. Auch die Situation in China ist alarmierend: 90 % des Grundwassers in den Städten sind verschmutzt. Eine große Herausforderung für Forscher und Entwickler besteht darin, Verfahren zu entwickeln, die zum einen dafür sorgen, dass Wasser weniger verschmutzt wird, und zum anderen erreichen, dass bereits verschmutztes Wasser effektiv aufbereitet werden kann. Das deutsche Chemieunternehmen BASF bietet eine Vielzahl an Lösungen

des städtischen Abwassers direkt in Flüsse, Seen oder das Meer abgegeben, ohne geklärt worden zu sein.

zur Wasseraufbereitung in verschiedenen Bereichen. Die Zetag® Cationic Emulsion kann für die Klärung von industriellem Abwasser und ein breites Spektrum an Fest-Flüssig-Trennungen in der industriellen und kommunalen Wasseraufbereitung genutzt werden. Ihr hohes Molekulargewicht bietet eine hervorragende technische Leistungsfähigkeit, die zu niedrigeren Kosten für die Abwasseraufbereitung führt. Die schnell wirksame Flüssigkeit wird zumeist in der Papier-, Textil- und Lederbranche als auch in der Lebensmittelbranche und von Brauereien für die Reinigung von industriellem Abwasser genutzt. Die Multibore® Membrane, eine Entwicklung eines der Tochterunternehmen von BASF, eignet sich für die Reinigung von Abwasser, insbesondere für seine Filtration. Wasser wird durch winzige 20-Nanometer-

Wusstest du schon

• Die sogenannten Living Machines werden auch für die Abwasserreinigung verwendet. In diesen Systemen wird der Zerfall von Schadstoffen nicht nur durch Bakterien bewirkt, sondern auch durch eine ökologische Gemeinschaft von 2-3000 Arten einschließlich Algen, Schnecken, Muscheln, Krabben, Pflanzen und Fischen. Diese Organismen nehmen die Schadstoffe als Nahrung auf.

Poren gepresst, die dreitausend Mal kleiner sind als menschliches Haar dick ist. Dies ist ein Verfahren, das Gesundheit und Reinheit in einer Welt wahrhaft mikroskopischen Ausmaßes fördert. Nach einer solchen Filtration wird homogene Flüssigkeit gebildet. BASF hat seine revolutionäre Ultrafiltrationsmembrane auch in ein tragbares Wasserreinigungssystem, das LifeStraw Family, eingebaut, das in der Lage ist, verschmutztes Wasser zu reinigen, indem es Viren und Bakterien herausfiltert. Auf diese Weise kann sogar das Wasser schmutziger Pfützen, Teiche oder Flüsse gesäubert werden. Das System wurde seit 2008 mehrmals in Gebieten eingesetzt, die von Naturkatastrophen heimgesucht worden waren, und verhalf Menschen in Not zu Trinkwasser.

TIPP: Autowaschen ohne Wasser? • Für eine einzige Autowäsche werden 200 Liter Wasser verschwendet. Doch gibt es bereits wasserfreie Autowäschen, bei denen milde Chemikalien oder Dampf verwendet werden. Achte im Alltag auf solche wassersparenden Lösungen!

Chemie des Wassers Wasser ist ein sehr vielseitiger Stoff Wasser ist ein sehr vielseitiger Stoff: es ist ein hervorragendes Lösungsmittel, die meisten der wichtigen Prozesse finden aus Sicht der Biologie in wässriger Lösung statt und es ist auch ein häufiges Reaktionsmittel. In vielerlei Hinsicht verhält sich Wasser anders: Beispielsweise hat Wasser seine höchste Dichte bei ungefähr 4 Grad Celsius, darum schwimmen Eisberge auf der Wasseroberfläche und darum gefriert unruhiges Wasser von oben nach unten. Sein anderes besonders Merkmal ist die Zähflüssigkeit, oder innere Reibung, die sich mit dem Druck nicht linear verändert: zuerst verringert sie sich, dann nimmt sie zu. Die Zähflüssigkeit von Wasser ist verhältnismäßig hoch und sie verringert sich erheblich, wenn die Temperatur ansteigt.

Wusstest du schon • Wo lässt es sich leichter schwimmen? Kaltes Wasser ist

dickflüssiger, also ist es schwerer, sich in ihm zu bewegen. Allerdings ist es wegen der höheren Dichte einfacher, auf seiner Oberfläche zu treiben. Ein besonderes Merkmal von Wasser ist auch, dass wegen seiner hohen Oberflächenspannung Wassertröpfchen kugelförmig sind. Wasser ist in der Lage, große Mengen an Wärme aufzunehmen, zu speichern und freizusetzen. Diese Eigenschaft wird in der

Industrie genutzt, ist aber auch in der Natur wegen ihrer Funktion in Bezug auf Klimakompensation von Bedeutung. In chemischem Kontext stellt destilliertes Wasser die reine Form von Wasser dar, das keine gelösten Substanzen oder Spurenelemente enthält wie die natürlichen Komponenten von Mineralwasser. Der Konsum von de-ionisiertem Wasser (oder Wasser mit niedrigem Ion-Gehalt) in großen Mengen ist nicht gesund, da wichtige Ionen aus dem Körper „gespült“ werden.

Saubere Luft mit wissenschaftlichen Methoden Eine der gravierendsten Konsequenzen der steigenden Verstädterung ist die Luftverschmutzung, die in den letzten Jahrzehnten ein besorgniserregendes Ausmaß angenommen hat. Forscher arbeiten an einer Reihe von Methoden, um die Luft für die Stadtbewohner wieder auf ein annehmbares Reinheitsniveau zu bringen. Somit unterstützen sie die nachhaltige Entwicklung der ständig wachsenden Metropolen.

Smog als fester Bestandteil über den Städten Für viele Aktivitäten der Menschen ist Energie notwendig, was in der Folge die Verschmutzung der Luft zur Folge hat: Kraftwerke, industrielle Produktion, Landwirtschaft, die Heizung der Häuser und Wohnungen und das Transportwesen geben gefährliche Stoffe in die Luft ab, die nicht nur die Gesundheit der Menschen sondern auch die Atmosphäre unseres Planeten beeinflussen. Die sogenannten Treibhausgase wie Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) bilden eine Art Hülle um die Erde, die die Wärme einfängt: die Wärme des reflektierten Sonnenlichts kann die Atmosphäre nicht komplett verlassen und erwärmt so die Erde und sorgt für ein gutes Klima. Kohlenstoffdioxid befindet sich in einer konstanten Konzentration in der Erdatmosphäre. Der Kohlenstoffdioxidanteil in der Luft hält sich schon seit langem in einem Gleichgewicht, obwohl immer wieder Schwankungen auftraten. Mit Beginn des letzten Jahrhunderts hat sich dieses Gleichgewicht jedoch durch die Aktivitäten der Menschen verschoben. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die derzeitige Menge an Kohlenstoffdioxid fast jene Grenze erreicht hat, von der es kein Zurück mehr gibt. Pflanzen sind dafür verantwortlich, den Kohlenstoffdioxid der Luft zu verarbeiten: sie nutzen ihn als Nahrung und wandeln ihn in Sauerstoff um. Das ist sehr wichtig für das Überleben anderer Lebewesen, einschließlich der Menschen. Das Problem jedoch ist, dass sich das ‚Schutzschild‘ der Erde auch kontinuierlich verkleinert. Für das Wachstum der Städte und auch für die Holzproduktion wurden 7 Millionen

Wusstest Du schon • Obwohl man die Regenwälder als die Lunge der Erde bezeichnet, wird der größte Teil des Sauerstoffs durch Plankton und Wasseralgen, die in den Ozeanen leben, hergestellt. Somit hat die Verschmutzung des Wassers ebenso einen großen Einfluss auf den Zustand der Luft.

Hektar Wald gerodet. Dies trägt auch zum Ungleichgewicht bei. Abgesehen von der Umweltbelastung ist die Luftverschmutzung auch für die Gesundheit des Menschen sehr schädlich. Auch viele gefährliche Stoffe, die Krankheiten verursachen können, zum Beispiel Autoabgase, gelangen in die Luft. Wenn zum Beispiel die Konzentration an Stickoxiden (Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) in der Luft sehr groß ist wird durch das Sonnenlicht Ozon gebildet, welches zusammen mit Kohlenwasserstoffen und Feinstaub für die Bildung des ‚Los Angeles Smog‘ über den Städten verantwortlich ist. Nach einer Schätzung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) sterben jährlich 700.000 Menschen durch die Auswirkungen der Luftverschmutzung.

Wusstest Du schon • Rinder sind ebenso für die globale Erwärmung verantwortlich: in den Därmen der wiederkäuenden Tiere wird in großen Mengen Methan erzeugt. Durch die Herstellung von einem Kilogramm Rindfleisch kommen 36 Kilogramm Kohlenstoffdioxid zum Gesamtvolumen der Treibhausgase hinzu. Das ist die gleiche Menge an Luftverschmutzung, die ein Auto in Europa über eine Distanz von 250 Kilometer produziert.

Die Karte, die den ökologischen Fußabdruck der Welt darstellt, zeigt deutlich, dass über dicht bebauten Gebieten die Luftverschmutzung am stärksten ist. Quelle: http://environment. nationalgeographic.com/environment/energy/great-energychallenge/global-footprints/

Zahlen & Fakten 50 % die Hälfte der Menschen ist jeden Tag gefährlichen Luftschadstoffen ausgesetzt.

Die größte Herausforderung ist scheinbar die Reduzierung des Kohlenstoffdioxids. Hierfür kommen zwei Möglichkeiten in Frage. Zum einem können wir die Emission stark reduzieren. Derzeit scheint dies aber nicht realisierbar zu sein: obwohl man umfassende Maßnahmen eingeführt hat, um den Verbrauch an fossilen Rohstoffen zu reduzieren und den Einsatz alternativer Energien zu verbreiten, können diese Maßnahmen die Luftverschmutzung nicht innerhalb von ein paar Jahren ändern. Die zweite Lösung wäre einen Weg zu finden, wie man den Kohlenstoffdioxid aus der Luft filtern und nützlich einsetzen könnte. Wissenschaftler arbeiten bereits an diesen Lösungen - mit zum Teil vielversprechenden Ergebnissen.

Den Feind bändigen Es gibt viele verschiedene Versuche, vom kleinen Verfahren bis hin zur industriellen Lösung, Kohlenstoffdioxid zu nutzen. Nur wenigen Leuten ist bewusst, dass die chemische Industrie bereits in erheblichem Umfang Kohlenstoffdioxid verarbeitet. Dies bedeutet, dass Kohlenstoffdioxid, das hauptsächlich bei der industriellen Produktion durch Verbrennen oder durch chemischen Reaktionen entsteht, nicht in die Luft geblasen sondern vielmehr nach der Reinigung für unterschiedliche Zwecke eingesetzt wird. Kohlenstoffdioxid, das während solcher Prozesse entsteht, wird bei der Erzeugung von prickelndem Mineralwasser, für Schutzatmosphärenverpackungen, bei der Kunststoffherstellung, als Basismaterial für Kunstdünger und sogar in der Medizin verwendet.

Zahlen & Fakten Mehr als 30 Milliarden Tonnen CO2 werden weltweit Jahr für Jahr von uns Menschen freigesetzt.

Kohlenstoffdioxid als Retter der grünen Energie Es mag wohl zuerst einmal seltsam klingen, dass CO2, das als gesundheitsschädlich gilt, bei der Effizienzverbesserung der erneuerbaren Energien auch eine Rolle spielen könnte. Heutzutage wird durch die erneuerbaren Energien mehr Elektrizität erzeugt als in das Stromnetz eingespeist werden kann. Das Speichern der so hergestellten Energie ist sehr kostenintensiv und manchmal auch unmöglich. Ein neuartiger chemischer Prozess, der „Power to Gas (P2G)-System“ genannt wird und dessen Schlüsselelement unter anderem

CO2 + 4H2

das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid ist, könnte dieses Problem lösen. Durch physikalische und chemische Verfahren könnte die überschüssige Energie mit Hilfe eines zweistufigen Verfahrens, bei dem CO2 als Reaktionspartner wirkt, in Erdgas (Methan) umgewandelt werden. In einem ersten Schritt wird der überschüssige ‚grüne‘ Strom als Energie zur Umwandlung von Wasser (H2O) in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) eingesetzt. Der Wasserstoff reagiert mit CO2 und bildet Methangas (CH4).

CH4 + 2H2O

Bekanntlich ist Methan (Hauptbestandteil von Kohlegas) ein guter Energiespeicher, das sehr einfach in das bestehende Erdgasnetzwerk eingespeist und bei Bedarf genutzt werden kann. Dies ist somit eine ökonomische Methode, die ‚grüne‘ Energie zu speichern. 14

Basierend auf jüngsten Forschungsergebnissen könnte man mit Kohlenstoffrecycling nicht nur das Niveau der Luftverschmutzung mindern sondern sogar die Energiekrise bewältigen - und zwar in dreifacher Hinsicht.

Weitere 110 Millionen Tonnen dieser weltweiten CO2-Emission werden derzeit als Chemierohstoff verwendet. Quelle: Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. (DECHEMA)

Die Natur imitieren: künstliche Blätter Ein junger Wissenschaftler namens Julian Melchiorri präsentierte in diesem Jahr eine sensationelle Erfindung zur Neutralisierung von Kohlenstoffdioxid: mit Hilfe von Seide, einem speziellen Protein und einer Substanz, die man in Algen findet, stellte er ein künstliches Blatt her, das den Prozess der Photosynthese, gleich dem natürlicher Pflanzen, in Gang setzte. Es war nur Licht erforderlich, und das künstlich geschaffene Blatt startete mit der Umwandlung des in der Luft enthaltenen Kohlenstoffdioxids in Sauerstoff. Dieses Blatt sieht tatsächlich sehr extravagant aus und kann daher auch als Verblendung von Außen- und Innenwänden bei Gebäuden eingesetzt werden. Somit würden

Ein gutes Geschäft: aus Kohlenstoffdioxid Treibstoff herstellen Aus Kohlenstoffdioxid kann man Methanol herstellen, welches wiederum mit Hilfe der sogenannten kohlenstoffneutralen Methode als Treibstoff verwendet werden kann. Eine Firma aus Island hat ihre erste Produktionsstätte eröffnet und stellt Methanol aus CO2her. Hierzu nutzen sie die geothermische Energie der heißen Quellen als natürliche Energiequelle. Das Unternehmen strebt an, zukünftig pro Jahr sogar 50 Millionen Liter Alkohol aus Kohlendioxid herzustellen. Dieser kann unter anderem zur Erzeugung von Energie in Brennstoffzellen oder als Beimischung zu Benzin genutzt werden.

Kohlenstoffdioxid als Rohstoff für synthetisches Gas (Syngas) Andere Lösungen schlagen die Nutzung von Kohlenstoffdioxid als Brennstoff vor. Die drei deutschen Firmen BASF, Linde und ThyssenKrupp haben kürzlich ein Projekt ins Leben gerufen, bei dem Syngas aus Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff mit Hilfe eines innovativen 2-Stufen-Verfahrens hergestellt wird. In einem ersten Schritt wird Erdgas mit einer neuen Hochtemperaturtechnik verarbeitet, um Wasserstoff und Kohlenstoff zu erhalten. Im Vergleich zu anderen Prozessen entsteht bei dieser Technik sehr wenig CO2. Zur Herstellung von Syngas muss der Wasserstoff mit einer großen Menge CO2 (der aus anderen industriellen Verfahren stammt) reagieren. Dieses Gas ist ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie und eignet sich auch für die Herstellung von Brennstoffen.

dauerhaft die Kohlenstoffdioxid-Emissionen der Städte verbraucht werden. Das künstliche Blatt, das für ein langfristiges Leben im Weltraum geeignet ist, könnte sogar eine wichtige Rolle bei der Weltraumforschung spielen, da Wissenschaftler nicht wissen, ob organische Pflanzen außerhalb unserer Atmosphäre so überleben und gedeihen könnten wie es für die Menschen notwendig wäre. Und wenn die Menschen irgendwann den Weltraum besiedeln und auf einem anderen Planeten leben würden, müssten sie ihren eigenen Sauerstoff herstellen. Aus diesem Grund ist auch die NASA sehr an dieser Erfindung interessiert.

Luftreinigung im großen Stil Einzigartige technische Lösungen wurden geschaffen, um die Luft über großen Städten zu reinigen. Diese Lösungen können uns nicht nur von denen durch Kohlenstoffdioxid hervorgerufenen Folgen sondern auch von gefährlichen Gasen befreien. Der deutsche Erfinder Götz Hüsken hatte zum Beispiel die Idee, die Straßenoberflächen mit Titandioxid zu überziehen. Dieses Material würde in einer photokatalytischen Reaktion (ein Effekt durch die UV-Strahlen des Sonnenlichts) das luftverschmutzende Stickstoffdioxid in seine Bestandteile zerlegen. Wenn diese Idee umgesetzt werden würden, könnte man den Stickstoffdioxidanteil in der Luft um bis zu 45 Prozent reduzieren. Mit der Idee des niederländischen Erfinders namens Daan Roosegaarde könnte man am Himmel über den Städten wortwörtlich „staubsaugen“. Er plant Parks anzulegen, in die Kupferspulen eingebracht werden. Diese Kupferspulen saugen,

genau wie Luftreiniger, mit Hilfe einer statisch positiv geladenen Oberfläche die Kohlenstoffpartikeln aus der Atmosphäre. Man erwartet, dass, sobald das Pilotprojekt gegen Ende dieses Jahres umgesetzt wird, ein 40 Meter breites Gebiet mit sauberer Luft und ungefähr 75 Prozent weniger Verschmutzung entsteht. Roosegaarde hat auch schon eine Vorstellung, was mit dem gesammelten Kohlenstoffruß passieren soll: mit einem Teil könnte man künstliche Diamanten herstellen, ein alchemistischer Trick, der mindestens so beeindruckend ist wie das Aufsaugen des Smog. Falls dieser Plan erfolgreich ist könnte Peking sein Ziel, bis zum Jahre 2017 smogfrei zu sein, erreichen.

Moderne Fahrzeuge = sauberere Luft Viele innovative Autoteile wurden hierfür hergestellt, zum Beispiel der umweltfreundliche Katalysator, der von der BASF entwickelt und mittlerweile sehr erfolgreich in hunderttausende Autos eingebaut wurde. Der Filter, der im Abgassystem der Autos installiert ist, zeichnet sich im Betrieb durch eine mehrstufige chemische Reaktion aus. Während dieses Verfahrens werden die drei Hauptbestandteile der Abgase (Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Stickstoffdioxid) fast vollständig in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser umgewandelt.

Der namhafte Chemiekonzern entwickelt derzeit Katalysatoren für Dieselfahrzeuge und Motorräder, die ebenfalls dazu beitragen können, die Emissionswerte zu reduzieren. Die jüngste Lösung zur Reduzierung der Luftverschmutzung ist PremAir®, eine patentierte Katalysatorbeschichtung, die bodennahes Ozon, Hautbestandteil von Smog, in Sauerstoff umwandelt. Wenn die Luft um den beschichteten Kühler des Autos zirkuliert, katalysiert PremAir® die Reaktion, die Ozon in Sauerstoff umwandelt. Dieser Prozess nutzt gezielt die großen Luftmengen, die an einem Autokühler vorbeiströmen.

Die Luftverschmutzung durch Autos kann auch durch einen Wechsel von fossilen zu alternativen Brennstoffen erheblich reduziert werden. Derzeit sind Elektro- und Hybridautos die führenden Alternativen zu den traditionell angetriebenen Autos. Forscher jedoch haben auch Autos gebaut, die mit Wasser (um genau zu sein: mit Wasserstoff, gewonnen aus der Zersetzung von Wasser) oder Druckluft angetrieben werden. Mehr Informationen über das Transportwesen der Zukunft erfährst Du in unserem Artikel „Neue Perspektiven im Transportwesen”.

Da das Transportwesen für ca. 30 Prozent der Luftverschmutzung verantwortlich ist, könnte die Luftqualität durch die Emissionsreduzierung der Autos verbessert werden.

„LUFTCHEMIE“ Die Luft ist ein noch komplizierteres System als man sich vorstellen kann: die Hauptbestandteile sind Stickstoff (78 Prozent) und Sauerstoff (21 Prozent), aber sie enthält auch nicht veränderliche und veränderliche Gase, die aus einer Vielzahl von natürlichen und künstlichen Quellen stammen. Schwefeldioxid (SO2) kann zum Beispiel aufgrund vulkanischer Aktivitäten, durch Auspuffgase und auch durch Kohleverbrennung entstehen. Letzteres verursacht im Winter eine höhere Konzentration an Schwefeldioxid, was zu einem Anstieg von Asthmaanfällen führen kann. Die Luft enthält immer Wasserdampf und Wassertropfen, in denen sich die oben genannten Gase auflösen, was zu sauren

(78%)

Abscheidungen führt. Viele andere Reaktionen sind für diese löslichen Gase jedoch auch denkbar. In kälteren Regionen findet man auch kleine Eiskristalle in der Luft. Die Oberfläche der Eiskristalle ist ein sehr guter Katalysator, der auch den Abbau der Ozonschicht begünstigt. Ein weiterer fester Stoff ist (sich nicht absetzender) Feinstaub, der gefährlichste für die Gesundheit, insbesondere die Teilchen namens PM 2,5. Das sind Teilchen mit einen Durchmesser kleiner 2,5 µm. Sie dringen in die Lunge ein und übertragen metallische und organische Verunreinigungen, die auf ihrer Oberfläche gebunden sind, auf den Körper.

(21%)

SO 2

Moderne Zukunftsstädte Eine stark wachsende Weltbevölkerung hat dazu geführt, dass auch die Anzahl der Städte und die Stadtgebiete selbst wachsen. Berechnungen zeigen, dass bis zum Jahre 2050 ca. 75% der Menschen in riesigen Ballungsgebieten leben werden. Dieser vorhersehbare Prozess gab den Anstoss zu Diskussionen unter Wissenschaftlern über das Thema lebenswerte Städte. Forscher entwickeln neue Technologien die uns helfen sollen, zukünftig in einer innovativen und nachhaltigen städtischen Umgebung, die auch die sozialen Bedürfnisse zufrieden stellt, zu leben.

Ein neues Konzept für Städte Wir sind geneigt zu glauben, dass Fabriken und Industrieanlagen für die Umweltverschmutzung und den wachsenden Energieverbrauch verantwortlich sind, aber das sind sie nicht: Großstädte sind dafür verantwortlich. Man kann es fast nicht glauben, aber die Städte sind für zwei Drittel des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich. Derzeit ist Tokio mit fast 13 Millionen Menschen, was ca. 10% der japanischen Bevölkerung entspricht, die bevölkerungsreichste Stadt der Welt. Diese Zahlen überraschen Dich nicht mehr, oder? Die wichtigste Frage, die sich Forscher stellen, ist, welche Entwicklungen uns bei der Reduzierung des Energieverbrauchs dieser großen Städte helfen würden und wie man diese überfüllten Plätze lebenswert machen kann. Viele Lösungen sind bei den Gebäuden selbst zu finden.

Riesige Wolkenkratzer waren bis jetzt nur architektonische Spektakel und sie wurden auch nur aufgrund ihrer Höhe bewundert, aber Gebäude der neuen Generation sind anders. Der lediglich tagsüber geöffnete Wolkenkratzer „Shard“ in London ist nicht nur ein Geschäfts- und Bürokomplex, sondern eine „vertikale Stadt“: darin zu finden sind Appartements, Restaurants und sogar ein Hotel. Das Bury Khalifa in Dubai, mit seinen 828 Meter das höchste Gebäude der Welt, hat noch mehr zu bieten: es gibt Appartements, freie Plätze, Parks, Restaurants, Hotels und Geschäfte, und all das in einem Gebäude. Zahllose Möglichkeiten sind unter einem Dach versammelt. Wenn Du zum Beispiel einen Kaffee trinken möchten, musst Du nicht mehr ins nächste Straßencafé gehen: Du nimmst einfach den Aufzug und fährst in ein anderes Stockwerk.

Derzeit ist Tokio mit fast

13 Millionen Menschen, was ca.

10%

der japanischen Bevölkerung entspricht, die bevölkerungsreichste Stadt der Welt.

One World Trade Center Einer der höchsten Wolkenkratzer Amerikas und der Welt ist 541 m hoch, steht in New York und wurde

2013 fertiggestellt. Mit BASFs grüner Technologie wurde eine solide und langlebige Struktur erschaffen. Der „Green Sense Concrete“ [grüner Beton] hat zu ökologischen Einsparungen von mehr

als 113.500 Litern

Frischwasser geführt,

mit dem man 6.000 Badewannen füllen könnte. Mit dieser neuen Technologie können acht Millionen Kilowattstunden Energie gespart werden, was ungefähr 340.000

Kilogramm fossiler Brennstoffe entspricht. Auch kann die Emission von mehr als 5 Millionen Kilogramm CO2 verhindert werden.

Designer planen nicht nur innovative Gebäude, sondern sogar Projekte in Stadtgröße. In Süd-Korea wird derzeit der internationale Geschäftsbereich Songdo auf ca. 250 Hektar Land errichtet. Mit Wohnhäusern, Schulen, Krankenhäusern, Bürogebäuden und kulturellen Einrichtungen soll dies die technisch fortschrittlichste und umweltfreundlichste Stadt der Welt werden. Es ist die erste komplett vernetzte Stadt der Welt, in der alles, von der Lebensmittelbestellung bis hin zu medizinischen Untersuchungen, über ein Computer-Netzwerk erledigt werden kann. 40% der Stadtfläche werden aus einem „grünen Gürtel“ bestehen, und Fußgänger so wie Fahrradfahrer werden mit höchster Priorität behandelt. Neben ästhetischen Aspekten sollen die Parkanlagen auch die Bildung städtischer Hitzeinseln verhindern, sobald sich die Temperatur aufgrund der Gebäude erhöht und zu einer Verschlechterung der Luftqualität führt. Die komplette Stadt wird nach umweltfreundlichen Planungsprinzipien erbaut. Dies sind unter anderem begrünte Dächer die verhindern, dass Regenwasser abfließt und die Artenvielfalt fördern, energiesparende LED-Ampeln und sogar ein Untergrundmüllsammelsystem, das den Einsatz von Müllautos erübrigen wird. Eine intelligente Stadtplanung stellt sicher, dass Wege so kurz wie möglich gehalten werden. Auch ein intelligentes Recyclingsystem und ein umweltfreundliches lokales Transportsystem werden entwickelt. Fast die Hälfte des städtischen Wasserbedarfs kann mit entsalztem Meerwasser und aufbereitetem Wasser, das der Wasserversorgung zugeführt wird, abgedeckt werden. Ähnliche Öko-Städte entstehen derzeit in China und Indien.

Masdar City Die umweltbewussteste Öko-Stadt der Welt wird derzeit in den Arabischen Emiraten gebaut. Sie verbraucht nur ein viertel Energie und Wasser wie Städte mit vergleichbarer Größe. So können über einen Zeitraum von 25 Jahren ca. 2 Milliarden Tonnen Rohöl eingespart werden. Aber wie funktioniert das? Gemäß den Plänen wird ein großes, schirmähnliches Solarmodul über der Stadt installiert, welches Energie während des Tages erzeugt und sich dann über Nacht schließt. Diese Anlage hilft bei der Einsparung von ca. 175.000 Tonnen CO2 pro Jahr. Neben den Solarenergieprojekten entwickelt Masdar derzeit einen der weltweit größten Offshore Windparks. Natürlich wird hier ein besonderes Augenmerk auf das Baumaterial gelegt, bei dem die BASF mit innovativen Konstruktionslösungen unterstützt. Zum Beispiel können Phase-ChangeMaterialien, die im Putz und Gipskartonplatten enthalten sind, oder Polystyrol und Polyurethan, die bei Isolierschäumen verwendet werden, eine Alternative zur Klimaanlage sein. Darüber hinaus absorbieren schwarze Pigmente, die bei der Dachbeschichtung eingesetzt werden, nur einen kleinen Anteil an infrarotem Licht und schützen so dunkle Oberflächen vor Erhitzung. Zusätzlich zur Energieeinsparung wird Müll sortiert bzw. recycelt und organischer Abfall wird kompostiert. Die Stadt setzt außerdem umweltfreundliche Transportkonzepte um. Man geht davon aus, dass zum Zeitpunkt der Fertigstellung im Jahre 2025 ca. 40.000 Menschen in der Stadt wohnen und 50.000 dorthin pendeln werden.

Neben luxuriösen Wohngegenden denken Designer auch über Slums ohne Strom und Wasser nach, die den Auswirkungen der Naturgewalten ausgesetzt sind. Erfindungen ermöglichen schnelle, günstige Konstruktionen und gleichzeitig erlauben stabile und flexible Strukturen, sichere Häuser für die Menschen zu errichten. In Mexiko Stadt wurden zum Beispiel 10.000 Häuser mit Betonzusätzen der BASF, die die Aushärtung des Betons drastisch reduzierten und so die Kosten senkten, gebaut.

„Terraformung“ - lasst uns auf einen anderen Planeten ziehen! Die Menschheit ist sich bewusst, dass wir „aus der Erde herauswachsen“, und so wurde mit der Suche nach anderen Lebensräumen und Himmelskörpern, auf denen wir weiterleben können, begonnen. Bis jetzt ist der Begriff der Terraformung nur in Science Fiction Filmen aufgetaucht. Aber es ist durchaus denkbar, dass die Menschheit in der Zukunft die Atmosphäre, die Temperatur und die Topographie der Planeten verändern kann, indem sie die Erfindungen der Wissenschaften und Technologie nutzt und diese Planeten bewohnbar macht. Unter den derzeit bekannten Planten

scheint vom heutigen Standpunkt aus gesehen der Mars der geeignetste zu sein, trotz seiner Durchschnittstemperatur von - 60 Grad und des geringen Lichts. Zielstrebige Forscher haben schon Stufenpläne zur Umsetzung entwickelt. Zuerst müsste die Temperatur erhöht werden, was eine Eisschmelze und die Freisetzung von Kohlenstoffdioxid, das im Boden gebunden ist, zur Folge hätte. Spiegel, die in den Weltraum um den Mars herum installiert werden würden, könnten den Treibhauseffekt sogar noch weiter verstärken. Danach könnte man Pflanzen anbauen, die Sauerstoff produzieren.

Gebäude der Zukunft Aufgrund von Umwelt- und Energiebewusstsein werden innovative architektonische Lösungen immer wichtiger, da der Hauptgrund der Luftverschmutzung in Großstädten mit Millionen von Einwohner die Schadstoffemission durch den Energieverbrauch der Haushalte ist. Um dieses Problem zu lösen wurden die sogenannten Passivhäuser immer mehr zum Standard. Diese Häuser sind etwas Besonderes, da sie mit umweltfreundlichen Materialien und Technologien gebaut wurden und so einen großen Beitrag zur Energieeinsparung leisten, während gleichzeitig die Umweltverschmutzung reduziert wird. Dies kann man am ehesten erreichen, indem man das Heizsystem auf ein Minimum reduziert oder sogar komplett eliminiert. Hierfür werden moderne Isoliermaterialien verbaut. Der Neopor-Isolierschaum der BASF ist eines dieser Materialien: er unterscheidet sich von anderen Materialien, die auch für die Isolierung hergestellt wurden, dadurch, dass Graphitpartikel

gemischt und zu einem Polystyrol-Rohmaterial, welches die Wärmestrahlung reflektiert, geschäumt wurden. Wichtig hierbei ist, dass das Material keine halogenierten Kohlenwasserstoffe enthält und es somit auch umweltfreundlicher ist. Isoliermaterialien, die aus diesem Material herstellt werden, sind 20% effizienter als vergleichbare Stoffe. Um die Entweichung der Wärme durch die Fenster zu vermeiden, wurden spezielle 3-fach verglaste Kunststofffenster entwickelt, die eine 20% verbesserte Isoliereigenschaft aufweisen. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass BASF`s speziell pigmentierte Folienbeschichtung auf das Glas aufgebracht wurde. Neben der Wärmedämmung ist aber auch die Methode der Wärmenutzung sehr wichtig. Wenn Ihr schon jemals so ein Gebäude gesehen habt, dann sind Euch bestimmt die Sonnenkollektoren auf den Dächern aufgefallen: aber neben der Solarenergie kann man auch die Erdwärme zum Heizen nutzen. 22

Die Wand als Wärmespeicher Es hört sich unglaublich an, aber die BASF hat auch hierfür eine Lösung parat. Innerhalb der Gipskartonplatten befindet sich ein temperaturregulierendes Material (Phase Change Material), das die Wärme während des Tages absorbiert und in der Nacht wieder abgibt. Wie ist das möglich? Die mikroverkapselten Paraffine nehmen die Wärme, die sie dann später wieder abgeben, auf. Das Material schmilzt bei 23 - 26 Grad. Aufgrund der Änderung des Aggregatzustandes können sie eine beträchtliche Menge an Energie aus der Umgebung aufnehmen. So bleibt die Raumtemperatur gleich. In der Nacht erstarrt das Paraffin aufgrund der absinkenden Temperatur und gibt dann die gespeicherte Wärme wieder an die Umgebung ab.

Die Entwicklung endet niemals: gemäß aktueller Forschung kann das modernste Isoliermaterial sogar Schallwellen in Wärme umwandeln. Neben den innovativen Gebäudematerialien dachten die Entwickler aber auch über das Aussehen der Häuser nach. Mit Hilfe der Nanotechnologie haben die Technologen eine besondere Schutzschicht entwickelt, die verhindert, dass Partikel an der Oberfläche haften bleiben und so kann sich kein Schmutz mehr an der Außenfläche der Gebäude absetzten. Die Wandfarbe der BASF hat hydrophile Eigenschaften, d. h. sie zieht Wasser an. Das bedeutet, dass bei starkem Regen die Wassertropfen

auf der Oberfläche den anhaftenden Schmutz sofort abwaschen. Nach dem Regen verdunstet die anhaftende dünne Wasserschicht sehr schnell und verhindert so die Bildung von Schimmel und Algen. Dank Nanotechnologie werden wir in Zukunft keine Fensterläden mehr benötigen, da immer intelligentere Fensterscheiben erfunden werden, die zwar Licht, aber keine Hitze leiten. In einem Experiment wurde zwischen zwei Glasscheiben Gel eingebracht, oder es wurden verschiedene Komponenten, zum Beispiel Silberhalogenid, zum Glasmaterial hinzugemischt, welches zwar, je nach Lichtintensität, dunkel

wird, aber dennoch die Wärme durch das Glas hindurch lässt. Die Forschung ist mittlerweile so weit, dass eine mit Nioboxid angereicherte Glasstruktur entwickelt wurde, in die Nanokristalle aus Indium-Zinn-Oxid eingebracht wurden. Diese Kombination kann die Streuung von sichtbarem Licht und Infrarotwärme trennen und regulieren. Im Sommer wird somit das Eindringen der infraroten Wärmestrahlen durch das Fenster in den Raum verhindert, im Winter jedoch können die Strahlen ungehindert einfallen. Dies kann den Energieverbrauch stark reduzieren. Bis jetzt ist die Herstellung dieser Technologie allerdings sehr teuer, aber in der Zukunft könnte es umsetzbar sein.

Wusstest Du schon • Die Biomimetik ist eine Kombination aus Biologie und Ingenieurwesen. Das Hauptziel ist, Erfindungen der Natur zu kopieren, indem man Strukturen und Mechanismen der Organismen beobachtet. Architekten untersuchen dazu Termitenbauten, da diese kleinen Kreaturen es schaffen, Erdhügel mit sich öffnenden und schließenden Kühl- und Heizkaminen zu bauen, in denen sie ihre Hauptnahrung, einen Pilz, der sehr sensiblen auf Temperaturen reagiert, anbauen. Würde man dieses Konzept kopieren, könnte man die Energiekosten drastisch reduzieren.

Bei der Planung neuer Gebäude bedenken die Designer auch die gestiegene Anzahl an Erdbeben und entwickeln verschiedene Technologien, um diesen entgegen zu wirken. Es ist entscheidend, Wände gegen Vibrationen resistent zu machen. Dies kann durch den Einbau flexibler Holz- und Stahlträger und -säulen erreicht werden. Darüber hinaus kann eine Struktur aus Stahl, die in das Fundament eines Hauses eingelassen wurde, Vibrationen der Erde absorbieren. Häuser in Leichtbauweise bzw. aus Stahl fallen nicht so schnell in sich zusammen wie Steinhäuser.

Intelligenter Beton Nach Wasser ist Beton das am häufigsten genutzte Material der Welt, der ebenfalls von BASF weiterentwickelt wurde. Zusatzstoffe und Betonreparaturmaterialien machten es einfacher, Beton herzustellen, der zudem immer widerstandsfähiger wurde. Gleichzeitig wurde der Verbrauch von Ressourcen und Energie reduziert. Die Lebensdauer der Gebäude konnte so verlängert und die Bauzeit verkürzt werden.

Neue Dimensionen im Bereich Möbel Papierrecycling gibt es überall auf der Welt. Man muss sich nur überlegen, dass 300 Tonnen Wasser benötigt werden, um eine Tonne Papier herzustellen! Das Papier der Bücher und sogar Toilettenpapier wird schon aus recyceltem Papier hergestellt. Diese Idee wurde von Designern nochmals aufgegriffen und man konnte aus Papier hergestellte Möbel in den Geschäften finden. Es hört sich unglaublich an, aber sie sind haltbarer als man denkt. Nicht zu vergessen, dass für den Transport dieser leichten Möbel viel weniger Energie aufgewendet werden muss und dass man sie, nachdem sie entsorgt wurden, wiederverwenden kann. Da diese Möbel einfach durch Falten und Kleben miteinander verbunden werden, kann sie jeder ganz einfach selbst zu Hause aufbauen.

Forscher der BASF haben Holzmöbel aus der Sicht des Umweltschutzes genauer betrachtet. Sie entwickelten das auf Holz basierende Material Kaurit@Light, welches das Gewicht der Holzbretter bei gleichbleibender Belastung um bis 30% reduziert. Hersteller bevorzugen neue Platten aus Gewebelagen, geschäumtem Polymer und Kaurit@Leim, da diese Platten leichter sind und somit die Versand- und Bearbeitungskosten reduziert werden können. Des Weiteren benötigt man auch weniger Verpackungsmaterial. In den Häusern der Zukunft wird auch Kunststoff eine immer größere Rolle spielen. Das von Menschen erschaffene Material umgibt uns in allen Bereichen unseres Lebens. Möbelhersteller nutzen

dieses Material verstärkt, da es sich durch die Technologie auch innovativ weiterentwickelt hat. Die BASF hat einen „ultra“-flüssigen Kunststoff entwickelt, der durch besondere Nanopartikel bei 230 Grad zweimal flüssiger als vergleichbare Produkte wird. So kann Energie schon bei der Herstellung eingespart werden. Wenn dieser neue Kunststoff gegossen wird, härtet er sehr schnell aus und der Herstellungsprozess verkürzt sich. Das preisgekrönte Design des MYTOStuhls ist aus diesem Material. Er wurde außerdem in einem Guss hergestellt, so mussten keine Metallschrauben verarbeitet werden. Auf diese Art erfanden Designer ein umweltfreundliches und sehr einfach zu recycelndes Möbelstück mit einer ungewöhnlichen Form.

Papierrecycling ist auf der ganzen Welt evident. Um

1 Tonne Papier zu produzieren

benötigt man

300 Tonnen Wasser!

Selbstheilende Materialien Wissenschaftler haben in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Synthetik und Polymere zwei neue Polymerarten geschaffen. Diese sind extrem stark und besitzen selbstheilende Eigenschaften, sie können sogar recycelt werden. Das leichte und starre Material namens Titan entsteht durch die Kondensierung von Paraformaldehyd und Oxidianilin bei 250 Grad. Das zweite Material, Hydro, ist ein hochelastisches Gel, das unter niedrigen Temperaturen hergestellt wird. Beide können recycelt werden und sind lösungsmittelbeständig, aber in einem sauren Medium werden sie zu Kunststoff und können neu geformt werden. Sie brechen nicht und können die Autound Flugzeugherstellung so wie die komplette Elektronikindustrie revolutionieren. Durch Neuformung dieser Materialien können neue Polymerstrukturen erzeugt werden, die zudem noch 50% stärker und leichter sind.

Keinen Müll verschwenden! Mit innovativen Initiativen für die Stadtentwicklung versuchen Wissenschaftler alles, um eine nachhaltigere Welt zu schaffen. Aber ihr Bemühen ist fruchtlos, wenn die Menschen ihren Lebensstil nicht ändern. Die Menschen und insbesondere die Einwohner der Großstädte haben einen verschwenderischen Lebensstil: sie verbrauchen zu viel Energie und zu viel Wasser, sie stellen viele unnütze Produkte her, generieren damit ein Überangebot und produzieren somit viel Müll. Es gibt aber zum Glück Hoffnung, da das „Nebenprodukt“, also der Müll, den wir produzieren, auf erstaunliche Art und Weise recycelt werden kann. Wir müssen nur entschlossen und kreativ genug sein. Modernste Entwicklungen entstanden auch im Bereich der Abfallwirtschaft. Bei zentralen Abfallentsorgungsanlagen so wie bei den Werkzeugen, die für den Transport und die Verarbeitung eingesetzt werden, hat die Modernisierung begonnen. In der europäischen Union werden jährlich 1,3 Milliarden Tonnen Müll produziert. Basierend auf dieser Kenntnis ist es sehr wichtig, neue und innovative Technologien zu entwickeln, sodass

weniger Müll produziert und dieser auch recycelt wird. Recycling bedeutet, dass aus diesen Materialien neue Produkte entstehen oder aber wieder Rohstoffe bzw. Energie. Der Prozess zielt darauf ab, die Ressourcen der Erde zu schonen und weniger Holz, Wasser und Energie zu verbrauchen. Um dies zu erreichen wurde eine Strategie für die Abfallwirtschaft entwickelt, die auf 3 Grundsätzen beruht. Was bedeutet das konkret? Der erste Grundsatz ist die Reduzierung der Müllberge und natürlich die Müllvermeidung. Der zweite ist die Wiederverwendung des Materials in seiner ursprünglichen oder in einer veränderten Form. Der dritte Grundsatz ist das Recycling, d. h., dass das Material in einer anderen Form wiederverwendet wird. Diese Grundsätze sind sehr vorteilhafte und „grüne“ Alternativen. Wenn sich die Menschen darauf konzentrieren, können wir einen großen Schritt nach vorne machen, um das Müll-Problem zu lindern. Auch Du kannst täglich Deinen Beitrag leisten! Die Mülltrennung ist in vielen privaten Haushalten schon sehr verbreitet, aber leider nimmt diese nicht jeder ernst.

? In der europäischen Union werden

jährlich

1,3 Milliarden Tonnen Müll produziert

Wusstest Du schon • Durch das Zusammenpressen der PETFlaschen können: - Frachtkosten um 75% - und der CO2-Ausstoss um 50 - 90% reduziert werden, da ein geringerer Transportaufwand notwendig ist. Ein Teil davon wird von der Textilindustrie als Rohstoff für Kleidung verwertet (zum Beispiel für Fleece).

Die Mülltrennung ist viel effizienter als die herkömmliche Abfallsammlung, da eine Weiterverarbeitung, das Recycling und die Gewinnung der Rohstoffe aus Müll ermöglicht wird. 28

Die Lösung liegt in der Zusammensetzung des Materials

Auch die Menge, die auf den Müllhalden landet, wird reduziert und so wird die Lebensdauer der Müllhalden verlängert. Die folgenden Materialien werden getrennt gesammelt: Kunststoff, Glas, Metall und Papier. Wir müssen aber bedenken, dass elektronische Geräte möglicherweise gefährliche Substanzen beinhalten (Blei, Quecksilber, Chrom), die das Wasser oder die Luft verschmutzen und auch weitere Probleme hervorrufen können. Umweltfreundliche Abfallwirtschaft beinhaltet auch die Kompostierung so wie die weniger bevorzugte Alternative der Müllverbrennung. Organische Abfälle zersetzen sich sehr einfach in der Umwelt, aber wir können diese auch als Kompost weiterverwenden. Zur Vereinfachung dieses Prozesses hat die BASF einen kompostierbaren Müllsack entwickelt hat. Aber in welche Bestandteile zerfällt eine Plastiktasche? Die Lösung liegt in der Zusammensetzung des Materials. Ein Bestandteil ist der teilweise auf Petroleum basierende, kompostierbare Kunststoff, entwickelt von der BASF. Der andere Bestandteil

ist Polymilchsäure, welche aus Maisstärke gewonnen wird. Aus der Kombination dieser Bestandteile lässt sich ein flexibles Material herstellen, aus dem die Müllsäcke produziert werden. Unter kontrollierten Bedingungen wie erhöhte Temperatur und Luftfeuchte so wie einem bestimmten Säurewert bei der industriellen Kompostierung wandeln pflanzliche Mikroorganismen, Pilze und Bakterien das Material in Biomüll, Wasser, Kohlenstoffdioxid und Biomasse um, d. h. in wertvollen Kompost. Aus Kunststoff kann man nicht nur Kompost gewinnen, er kann auch zur Erzeugung von Biogas eingesetzt werden. Biogas wird erzeugt, indem organisches Material durch anärobe Bakterien, die keine Luft für den Stoffwechsel und die Fortpflanzung benötigen, aufgespalten wird. Wird dieses Gasgemisch auf diese Weise produziert, enthält es ca. 45 - 70% Methan, das aufgrund seines hohen Energieanteils verwendet werden kann. Daher wurden auf vielen Bauernhöfen mit Tierhaltung Bioreaktoren aufgestellt, um für die Farmen im Sinne der eigenen Unabhängigkeit Energie zu erzeugen.

Trash house [Müllhaus] Basierend auf einer ungarischen Erfindung werden Kunststoffpaneele aus Müll hergestellt. Diese werden SYLROCK genannt und bestehen aus einem homogenen Material, das säure-, alkali- und wasserresistent ist. Ihre Abbauzeit beträgt 400 Jahre was bedeutet, dass dieser Werkstoff sehr haltbar ist. Für die Herstellung wird nicht nur Haushaltsmüll, sondern auch industrieller Müll verwendet. Die Einsatzmöglichkeiten sind schier unendlich. Man kann aus diesem Material zum Beispiel Gartenmöbel herstellen. Für die Herstellung einer Paneele benötigt man 340 kg Müll. Das ist sehr viel und zum Glück, oder besser gesagt, leider, gibt es überall sehr viel Müll: allein nur in der Europäischen Union warten 1

Million Tonnen Müll darauf, verarbeitet zu werden.

Kunststoffchemie Aus Sichtweise der Chemie sind Kunststoffe eine sehr vielfältige Gruppe, die als gemeinsame Eigenschaft eine makromolekulare Struktur besitzen. Makromoleküle sind Gemische mit einem hohem molekularen Gewicht und bestehen aus einer oder mehreren Einheiten. Es kann tausende dieser Einheiten geben, die alle zusammenhängen. Natürlich haben Kunststoffmoleküle nie die gleiche Größe, aber es gibt ein durchschnittliches Molekulargewicht, welches die Moleküle beschreibt. Die meisten Moleküle entsprechen ungefähr diesem Molekulargewicht.

Nach der Form:

1. Linear Kunststoffe werden nach der Herkunft eingeteilt:

2. Verzweigt 3. Verkettet

1. Umgewandelt aus natürlichen Makromolekülen (Gemüse Zellulose, Stärke; tierisches Eiweiß)

2. Künstlich (stufenförmiges Wachstum oder Kettenpolymere)

Nach der Verarbeitbarkeit:

1. Thermoplast 2. Duroplast

In den letzten 15 Jahren nahm die Verwendung der Biopolymere jährlich um mehr als 10% zu Die Eigenschaften der Basiskunststoffe können mit Hilfe verschiedener Zusatzstoffe wie zum Beispiel Weichmacher, Härter, Korrosionsschutz, Flammschutzmittel, Füll- und Aufbaustoffe, Schmierstoffe, Alterungsinhibitoren etc., verändert werden. Heutzutage gewinnen biologisch abbaubare Polymere, kurz Biopolymere genannt, immer mehr an Bedeutung. Die bekanntesten Rohstoffe sind Stärke und (Poly-)Milchsäure. In den letzten 15 Jahren nahm die Verwendung der Biopolymere jährlich um mehr als 10% zu. Die Polymilchsäure ist ein vielversprechendes Rohmaterial, das vielfältigen Einsatz findet. Unter den passenden Bedingungen zersetzt (hydrolisiert) es sich relativ schnell in Milchsäureeinheiten und die Endprodukte dieser natürlichen Zersetzung sind Wasser und Kohlenstoffdioxid.

Die Bevölkerungszunahme hat eine wachsende Nachfrage nach Energie zur Folge. Dies stellt die Forschung vor Herausforderungen. Die Wissenschaft hat viele Methoden für innovative Energienutzung und dafür, wie erneuerbare Energien effizienter zu nutzen sind, entwickelt. Erfahre mehr über dieBeleuchtungsrevolution, den Lichtquellen, die immer weniger Strom benötigen, den fast endlosen Möglichkeiten alternativer Energien sowie den energiesparenden und umweltfreundlichen Methoden in Bezug auf das Verkehrswesen.

INTELLIGENTE ENERGIE

Neu überdachte Energiequellen Die Wissenschaft kann von großartiger Hilfe sein, wenn es um die innovative Nutzung der Energie geht. Ein Hauptziel der Forscher ist die Entwicklung alternativer Methoden, um schon bestehende Energiequellen effizienter und umweltfreundlicher zu nutzen und so die nachhaltige Entwicklung auf der Erde sicherzustellen.

Wo kommt die Energie her und wo geht sie hin? Jahrtausende konnten sich die Menschen nur auf sich selbst verlassen. Später nutzten sie Maschinen, die von Tieren angetrieben wurden. Heutzutage kann man allerdings kaum noch ein Werkzeug finden, das ohne modernen Antrieb funktioniert. Küchengeräte, Fernseher, Computer und Licht benötigen Strom. Auch unsere Fahrzeuge benötigen synthetische Brennstoffe, die industriell hergestellt werden. Das einzige Problem ist, dass die Menschen die fossilen Brennstoffe nutzen, um eben diese herzustellen: wir gewinnen Energie, indem wir abgebaute Kohle und Öl verbrennen. Durch das Bevölkerungswachstum und die wachsende Zahl der modernen Städte ist unser Energieverbrauch sehr stark angestiegen: Häuser und Wohnungen müssen geheizt und gekühlt

werden, öffentliche Gebäude und Industriebetriebe benötigen immer mehr Energie, der öffentliche Personenverkehr muss sichergestellt werden und nicht zu vergessen die öffentlichen Beleuchtungseinrichtungen, welche die Hälfte der Energie, die eine Stadt benötigt, verbraucht. Durch den erhöhten Energiebedarf werden die Energiereserven der Erde langsam aufgebraucht und die fossilen Brennstoffe können uns schon bald ausgehen. Diese erneuern sich nicht sehr schnell, da die Zersetzung von Pflanzen und Tieren tief unter der Erde und die anschließende Umwandlung in energiehaltige Materialen wie Mineralöl und Kohle tausende von Jahren dauert. Der übermäßige Energieverbrauch stellt zusätzlich eine

ernste Umweltverschmutzung dar: der Qualm der Fabriken und die Auspuffgase der Autos enthalten große Mengen an Kohlenstoffdioxid und viele weitere Schadstoffe, die in die Luft geblasen werden und ernsthafte Auswirkungen auf das Klima unseres Planten haben. Wissenschaftler haben dies schon vor Jahrzehnten erkannt und rufen daher zum Energiesparen auf. Außerdem entwickeln sie innovative und visionäre Energiekonzepte für die Zukunft. Das Ziel ist es einen Weg zu finden, heutige Energiequellen effizienter zu nutzen und die Rentabilität alternativer Energiequellen zu verbessern. Infografiken: Die große Menge fossiler Brennstoffe, die wir im letzten Jahrhundert verbrannt haben bzw. die wir heutzutage jährlich verbrennen.

Der Verbrauch fossiler Brennstoffe hat sich im 20. Jahrhundert fast

verzehnfacht

Unsere einzige Möglichkeit: Nutzung erneuerbarer Energien Windenergie: Die sogenannten erneuerbaren Energien resultieren aus dem Zusammenspiel zwischen natürlichen Phänomenen, die schon seit Jahrhunderten in kleinerem Umfang genutzt werden: Wind- und Wasserenergie treiben Mühlen an, während mit der solar- und geothermischen Energie Wasser erwärmt wird. Es ist an der Zeit, diese Lösungen wieder aufleben zu lassen, da sie viel mehr Potenzial haben. Die Wissenschaft kann uns dabei helfen, dieses auszuschöpfen. So können wir Strom auf eine umweltfreundlichere Art herstellen.

Eine der erneuerbaren Energien, die in den letzten Jahrzehnten wieder entdeckt wurde, ist der Wind. Es entstehen immer mehr Windparks mit Hilfe moderner Technologien, die das große Potenzial des Windes ausschöpfen. 2013 belief sich die Windenergiekapazität auf 318 GW, fast zehn Mal so viel wie vor zehn Jahren.

Zahlen & Fakten

Die Windenergie wird in Windparks, wo ein Windrad neben dem anderen steht, eingefangen und verarbeitet. Deren Betrieb ist recht einfach: Flügel, die den Wind einfangen, sind an Turbinen angeschlossen, die Elektrizität erzeugen. So kann saubere Energie nicht nur den privaten Haushalten, sondern auch ganzen Städten zur Verfügung gestellt werden. Rumäniens Windkrafterzeugung ist im Vergleich zu anderen mittel- und osteuropäischen Ländern überdurchschnittlich hoch. Das Land hat innerhalb eines Jahres erhöht seine Windkraftleistung um den Faktor 1,5 und so erzeugten schon 2013 die Kraftwerke 2599 MW.

9 % - Man geht davon aus, dass die Windenergie bis 2020 mehr als 9 % der weltweiten Energielieferung abdeckt. Die aktuelle Zahl beläuft sich auf etwa 2,3 %. 50 % - Dänemark ist schon jetzt Markführer bei der Erzeugung von Windenergie. Fast ein Drittel seines Energiebedarfs wird von Windkraftanlagen abgedeckt. Dieser Anteil wird schon bald auf 50 % erhöht. 35

Das Material und die Lebensdauer der Flügel haben einen großen Einfluss auf die Effizienz der Windkraftwerke, da die Windräder bei einer Höhe von 90 Metern einer Windgeschwindigkeit von 300 km / h ausgesetzt sind. Aus diesem Grund haben die Ingenieure der BASF, einem deutschen Industrieunternehmen, eine hochtechnologische Beschichtung entwickelt, die flexibel, widerstandsfähig und resistent gegen UV-Strahlen ist. Die schützende Beschichtung Relest® bleibt auch unter den extremsten Wetterbedingungen stabil, blättert nicht von den Flügeln ab und verlängert so deren Lebensdauer. Dies bedeutet eine günstigere Erzeugung umweltfreundlicher Energie. Daneben werden noch weitere innovative Materialen der Firma BASF bei Windrädern eingesetzt, zum Beispiel ein Zwei-Komponenten-System, welches aus Epoxidharz und Härter für die Flügelproduktion besteht, sowie besonderes Verpressmaterial für die Masten und Sockel. Diese Verbesserungen machen es möglich, riesige Windkraftwerke zu bauen: der aktuelle Rekordhalter ist ein Windrad mit einem Durchmesser von 127 Metern und 60 Meter langen Flügeln.

Windgeschwindigkeit von 300 km/h

90 metERN

innovative Materialien bei Windrädern eingesetzt

Windenergie über den Wolken ernten

Die Windenergie entwickelt sich rasend schnell: es werden derzeit Ideen entwickelt, wie man sich die Windkraft über den Wolken zunutze machen könnte. In Zukunft könnten vielleicht Drachen, Leichtflugzeuge und Ballone für die Energieerzeugung eingesetzt werden. „Flugwindkraftwerk“ ist eines dieser zukünftigen Kraftwerke. Es ist rund 3 Meter hoch, hat eine zylinderförmige

Turbine, die mit Helium gefüllt ist und einen Propeller in der Mitte. Das mit Helium angetriebene Gerät kann bis auf eine Höhe von 300 m aufsteigen. Dort sind die Winde stärker und so kann mehr Energie ‚geerntet’ werden. Die elektrische Energie, die durch die Propeller erzeugt wird, wird über ein Kabel zu Generatoren auf der Erde geleitet.

Solarenergie Eine andere Form von sauberer Energie ist die Solarenergie, die mit Hilfe spezieller Technik genutzt werden kann. Ein Teil sind die Sonnenkollektoren, die die Sonnenenergie in Wärme umwandeln. Der andere Teil besteht aus Solarzellen, die aus der Sonnenenergie Strom erzeugen. Heutzutage sind solche Glaskonstruktionen auf Dächern von Gebäuden keine Seltenheit mehr, da der Einbau immer wirtschaftlicher wurde und sie sehr einfach an das Stromnetz der Häuser angeschlossen werden können. Der Einsatz von Sonnenkollektoren auf unseren Häusern ist ideal: wir sparen nicht nur Geld bei unserer Stromrechnung, wir können sogar Geld damit verdienen. Die überschüssige Energie, die erzeugt aber nicht genutzt wird, kann von den Stromversorgern gekauft werden. Der Einsatz der Solarenergie auf industriellem Niveau ist sogar noch vorteilhafter. Daher werden in Ländern, in denen die Sonne häufig

scheint, große Solarparks mit 120.000 Solarzellen errichtet, die jährlich 2.000 MW erzeugen können. Diese Menge reicht aus, um 700 Haushalte mit Strom zu versorgen. Aber wie wird Strom genau durch Sonnenlicht erzeugt? Eine Solarzelle, oder eine Photovoltaikzelle, ist ein elektrisches Gerät, das die Lichtenergie der Sonne mit Hilfe des photovoltaischen Effekts direkt in Strom umwandeln kann. Der Prozess der Umwandlung erfordert zuerst ein Material, das die Solarenergie absorbieren kann (Photon), dann ein Elektron auf eine höhere energetische Ebene bringt und danach den Fluss dieses hochenergetischen Elektrons in einen äußeren Stromkreis einspeist. Die photovoltaische Technik war jedoch nicht effizient oder kostengünstig genug, um mit anderen Energiequellen mithalten zu können. Daher ist es die

Aufgabe der Wissenschaft, Lösungen zu entwickeln, um die Solarenergie gegenüber den konventionellen Energiequellen konkurrenzfähig zu machen. Da die Effizienz der Solarzellen stark von der Qualität des Materials, das im Prozess eingesetzt wird, abhängt, entwickelt die BASF Lösungen, die bei der Energieerzeugung helfen. Das sind zum Beispiel Siliziumscheiben und Dünnschichttechniken so wie Kollektoren und Zellen für die Solarenergie. Die BASF produziert zum Beispiel chemische Zusatzstoffe, wodurch sich Siliziumscheiben günstiger und präziser herstellen lassen. Sie entwickelten außerdem einzigartige UV-stabile Kunststoffmaterialien, die den Aluminiumrahmen der Sonnenkollektoren ersetzen, sodass die Solarzellen wetterbeständiger sind. Zusätzlich garantieren viele ihrer speziellen Klebund Isolierstoffe die Haltbarkeit der Solarzellen.

Wusstest Du schon • Die Sonne besitzt eine unglaubliche Menge an Energie: der jährliche Energieverbrauch der Menschheit könnte mit Hilfe der Energie, die die Sonne in einer halben Stunde erzeugt, gedeckt werden, sofern wir diese Energie komplett nutzen könnten.

Zahlen & Fakten 1248 Gigawattstunden 2013 erzeugte die Welt diese Strommenge mit Sonnenkraftwerken.

Es gibt auch Solarenergieparks, die die Solarenergie mit Hilfe beweglicher Spiegel, die Heliostate, leiten und mit denen direkt Wärme erzeugt wird. Diese Parks sind die sogenannten solarthermischen Anlagen. Die größte solarthermische Anlage der Welt mit rund 600 Land Hektar befindet sich in der Mojave Wüste an der Grenze zwischen Kalifornien und Nevada. Die Leistung der 300.000 Spiegel beträgt 392 MW und kann 140.000 Haushalte mit Strom versorgen. Europas größte solarthermische Anlage heißt Planta Solar 10 und liegt in Sevilla, Spanien.

Sonne, eingeschlossen im Kamin Ein Solarwindturm, auch Kamin genannt, stellt eine neue Alternative im Bereich der erneuerbaren Energiequellen dar. Diese Erfindung basiert auf einer Tatsache, die schon über eintausend Jahre alt ist: Wärme steigt in die Höhe. Es funktioniert wie folgt: die Luft wird über die Solarenergie erwärmt und erzeugt einen vertikalen Luftzug innerhalb des Turms. Dieser Luftzug treibt die Windräder des Turms an, die wiederum Energie erzeugen. Derzeit ist China im Besitz eines solchen Turms. Aber viele andere Länder planen, ähnliche Türme zu bauen, so zum Beispiel Australien, wo die Luft am Wüstenboden sehr heiß ist. Laut den Plänen soll dieser Turm mit einer Höhe zwischen 750 und 1000 Metern eines der höchsten Gebäude der Welt werden.

Wasserkraft Wasserkraft unterscheidet sich von den anderen Formen der erneuerbaren Energiequellen, da sie ständig verfügbar ist. Der Wind weht nicht immer und die Sonne scheint nur tagsüber, aber das Wasser hört nie auf zu fließen und ist somit eine viel stabilere Energiequelle. Es ist daher kein Zufall, dass diese saubere Energie die am meisten verbreitete ist: fast 20 % des Stroms weltweit, etwa 2030 TWh, werden mit Hilfe der Wasserkraft erzeugt. Das ist die einhundertfache Leistung der

aktuell betriebenen Windparks. Man schätzt, dass die Leistung der weltweit zur Verfügung stehenden Wasserkraft um das zehnfache größer ist, da es weitere Quellen gibt, die noch nicht ausgeschöpft wurden. Aufgrund ihrer zahlreichen, schnell fließenden Gebirgsflüsse sind Norwegen, die Schweiz, Italien, Schweden und Finnland die stärksten Nutzer der Wasserkraft. Auch deswegen gehört Norwegen zu den führenden Ländern, wenn es um den Einsatz erneuerbarer Energien geht.

Die Wasserkraft wird durch Wasserkraftwerke verarbeitet, wo üblicherweise Dämme den Lauf des Flusses blockieren und die Energie des Flusswassers mit Hilfe von Wasserturbinen und Stromerzeugern in elektrische Energie umgewandelt wird. Daneben gibt es noch Wellenkraftwerke, die die Energie der Meeresbrandung nutzen. Obwohl dieser Bereich nach Aussage von Experten noch nicht völlig genutzt wird, könnten 15 % des weltweiten Strombedarfs mit Hilfe der Meereswellen erzeugt

werden. Dabei handelt es sich um eine riesige Menge - doppelt so viel wie derzeit von den Atomkraftwerken auf der ganzen Welt erzeugt wird. All diese Beispiele zeigen, dass die Herausforderung der Ingenieure von heute und morgen sein wird, die von der Natur gegebenen Technologien neu zu entdecken, um effizientere und umweltfreundliche Kraftwerke mit Hilfe moderner Materialien und fortschrittlichen Computersystemen zu bauen.

Wusstest Du schon

• Die unerschöpfliche Kraft des Wassers kann auch zur Energieerzeugung in langsam fließenden Flüssen genutzt werden. Diese Methode ist leider in Vergessenheit geraten, wurde jedoch schon im 12. Jahrhundert bei Gezeitenkraftwerken eingesetzt. Es geht darum, dass die Energie, die von der Wasserbewegung zwischen Ebbe und Flut erzeugt wird, von kleineren Turbinen genutzt wird. Diese umweltfreundliche Lösung wird seit dem 18. Jahrhundert kaum mehr eingesetzt. Das war die Zeit der Industrialisierung und diese Methode war nicht so effektiv wie der Einsatz von Öl und Kohle.

Zahlen & Fakten 20 % der weltweiten jährlichen Energie wird über Wasserkraft erzeugt. 39

Energie aus Müll Biogas gewinnt für die Energieerzeugung immer mehr an Bedeutung. Es kann aus regional verfügbaren Rohstoffen, wie zum Beispiel recyceltem Müll, erzeugt werden. Ebenso zählt es zu den erneuerbaren Energiequellen und produziert in den meisten Fällen einen sehr geringen Kohlenstoffdioxidausstoß. Biogas wird durch anaerobe Gärung

mit anaeroben Bakterien oder durch einen Gärungsprozess aus biologisch abbaubaren Materialen wie zum Beispiel Dung, Abwasser, kommunalen Abfällen, Grünabfällen, Pflanzenmaterial und Feldfrüchten hergestellt. Die Gase Methan, Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid (CO) können verbrannt oder mit Hilfe

Energie gibt es überall, wir müssen nur wissen, wie wir sie nutzen können Neben der immer vielfältiger werdenden Nutzung von erneuerbaren Energiequellen sind die Forscher in der Lage, Energie mit Hilfe äußerst erstaunlicher Methoden zu erzeugen. Für die Nutzung kinetischer oder mechanischer Energie braucht man nur ein kleines bisschen Fantasie und ein paar innovative und wissenschaftliche

Lösungsansätze. In einigen Städten wurden Sensoren in den Asphalt oder den Gehsteig eingebaut, die die Energie der Tritte der Fußgänger verarbeiten. Die erfolgreichste Initiative wurde bei den Olympischen Spielen in London eingeführt. Seitdem funktionieren ähnliche „Energiebeläge“ auch in Israel, Toulouse (Frankreich) und in Tokio

von Sauerstoff oxidiert werden. Mit dieser Energiefreisetzung kann Biogas als Treibstoff, zum Heizen oder sogar zum Kochen genutzt werden. Es ist auch bei Gasmotoren einsetzbar, um die Energie des Gases in Strom und Wärme umzuwandeln.

(Japan). Ein kreativer Diskobesitzer aus den Niederlanden toppte das Ganze und installierte den ersten nachhaltigen Tanzfußboden der Welt. Dieser sammelt die kinetische Energie, die durch die Bewegungen der Tänzer entsteht, und erzeugt dann Strom mit Hilfe von Generatoren.

Kinetisches FuSSballfeld Kürzlich wurde das erste kinetische Fußballfeld in Brasilien eröffnet. Unter dem Rasen befinden sich etwa 200 Platten, die die aufgefangene Energie der Spielerbewegungen nutzen, um Strom zu erzeugen. Sonnenkollektoren sind ebenfalls rund um das Feld installiert. 80 Prozent der auf dem Spielfeld während des Tages genutzten Energie wird durch diese Sonnenkollektoren erzeugt, während die kinetischen Platten 100 % der Energie in der Nacht sicherstellen.

Zahlen & Fakten 53 % - das ist die zusätzliche Menge an Energie, die die Menschheit bis 2030 benötigt, wenn wir keine Energie sparen. 16 % - das ist die zusätzliche Menge an Energie, die die Menschheit bis 2030 benötigt, wenn wir Energie sparen.

Nichts verschwenden! Zukunftsforscher stimmen zu, dass die kommende Energiekrise nur teilweise durch den Einsatz von erneuerbaren Energien und cleveren Lösungen, die oben genannt wurden, gelöst werden kann: Energie sparen und den weltweiten Energiebedarf reduzieren sind mindestens genauso wichtig. Berechnungen zeigen, dass, wenn wir weiterhin so verschwenderisch sind, sich der Energiebedarf der Menschheit bis 2030 verdoppeln wird. Das bedeutet, dass sich der Ausstoß von Kohlenstoffdioxid ebenfalls verdoppelt. Wenn wir jedoch beginnen, Energie zu sparen, dann wird sich der Bedarf nur um 16 % erhöhen. Die Stadtbevölkerung hat eine große Verantwortung beim Thema Energiesparen, da ein Hauptteil dieser Energie von Großstädten verbraucht wird. Aber auch die Verfahren in der Industrie müssen sich verändern, da sie viel mehr Energie im Vergleich zu den Haushalten verbrauchen. Es ist ihre Aufgabe, ihre eigenen Technologien zu entwickeln und ihre Prozesse zu optimieren, um so den Energiebedarf zu reduzieren. Dieser Prozess hat bereits begonnen und viele Industriebetriebe wurden schon modernisiert mit dem Ziel, Energie zu sparen.

Wenn wir jedoch beginnen, Energie zu sparen dann wird sich der Bedarf nur um

16% erhöhen

Tipps zum Energiesparen: • Absenken der Heizung: Das Absenken der Heizung um nur 1°C reduziert die Energiekosten um 6 Prozent. • Ersetzen der konventionellen Glühbirnen durch umweltfreundliche LED-Beleuchtung. Sie benötigen 90 % weniger Energie und halten jahrelang! • Wenn man Wasser erhitzt sollte man nur so viel erhitzen, wie man tatsächlich benötigt. Das spart nicht nur Energie sondern auch Wasser. • Den Stand-By-Modus sollte man schnell vergessen! Geräte im Stand-By-Modus lassen auch den Stromzähler rattern. Man sollte immer an allen elektrischen Geräten den Stecker ziehen. • Erneuerung der Hausisolierung! Bei Häusern wird die größte Energieverschwendung durch Wärmeverlust verursacht. Daher ist es wichtig, dass alle Fenster und Türen sehr gut isoliert sind. 41

Solarzellenchemie Solarzellen bestehen aus zwei Arten von Materialen, die oft als P- und N-Halbleiter bezeichnet werden. Licht einer bestimmten Wellenlänge kann Atome der Halbleiter ionisieren und dadurch generieren einfallende Photone einen Ladungsträgerüberschuss. Der Großteil der positiven Ladungsträger (Löcher) kann auf der P-Ebene gefunden werden, während die negativen Ladungsträger (Elektronen) auf der N-Ebene sind. Obwohl sich die Ladungsträger der beiden gegensätzlich geladenen Ebenen anziehen, kann man sie nur wieder erneut verbinden indem man sie, aufgrund des Potentialsprungs zwischen beiden, durch einen externen Stromkreis schickt.

Lichtquellen der Zukunft Innovative Entwicklungen wirken sich auch auf die Lichttechnik aus. Wolframund Halogenlampen wurden Schritt für Schritt durch energiesparende und intelligente LED- und OLED-Lampen ersetzt. Derzeit arbeiten Wissenschaftler daran, Innenräume – sogar geschlossene Räume – mit natürlichem Licht auszuleuchten, und zwar ohne den Einsatz von Glühbirnen.

Und es wurde Licht Es ist eine Tatsache, dass die von Thomas Alva Edison im 19. Jahrhundert erfundene Glühbirne die Welt komplett verändert hat. Früher wurden Arbeiten während des Tages, wenn es hell war, erledigt: Die Menschen gingen früh am Abend ins Bett und standen mit der Morgendämmerung auf. Der moderne Mensch nutzt künstliches Licht, um sich an die geänderte Lebensweise anzupassen, da wir auch am späten Abend noch auf Licht angewiesen sind. Wir benötigen auch während des Tages Licht, da wir nicht die meiste Zeit des Tages draußen, sondern in geschlossenen Räumen verbringen, wo es in der Regel zu wenig natürliches Licht gibt. Ein großes Problem liegt darin, dass die Beleuchtung einen Anteil von 19 % der weltweiten Energieerzeugung benötigt. Die Menschheit benötigt immer mehr Licht für die Entwicklung neuer Technologien und für ihre geänderte Lebensweise – darum ist eine energieeffiziente Beleuchtung so wichtig. Indem der Energieverbrauch für die Beleuchtung reduziert wird, können auch schädliche Kohlendioxid-Emissionen deutlich gesenkt werden. Aus diesem Grund entwickeln Ingenieure und Forscher mithilfe der Wissenschaft neue, innovative Beleuchtungslösungen.

Wusstest Du schon • Die Winter- und Sommerzeit wurde eingeführt, um Energie für die Beleuchtung zu sparen. Dank dieser Maßnahme wird Energie eingespart, die ca. 300.000 Tonnen Erdöl entspricht.

Theorie des Lichts Bevor wir uns den innovativen Beleuchtungslösungen der Wissenschaft widmen, schauen wir uns zunächst einmal die Lichtquellen an, die auf der Erde verfügbar sind:

Lichtquellen oder -objekte, die verwendet werden, um sichtbares Licht zu erzeugen, können in zwei Gruppen unterteilt werden. 1.

Primäre Lichtquellen emittieren selbst Licht.

Sekundäre Lichtquellen lediglich das Licht anderer Lichtquellen reflektieren oder streuen. GroSSe Gruppen werden zudem nach ihrer Funktionsweise unterteilt:

1. 2.

Natürlich: Himmelskörper, Blitze, Nordlichter, Biolumniszenz Lichtemission von lebenden Organismen Verbrennung: Fackel, Kerze, Gaslampe, Feuer, Magma

4. 5.

Elektrisch: Glühbirne Wolfram- und Halogenlampen Elektrolumineszenz LED Niederdruck-Gasentladungslampe (kompakte) Leuchtstofflampe, Induktionslampe Hochdruck-Gasentladungslampe Quecksilberdampflampe, Xenonbogenlampe Chemisch: Chemielumineszenz Dieses Phänomen geht mit chemischen Reaktionen einher, bei denen ein Produkt in angeregtem Zustand geschaffen wird. Wenn dieser Zustand endet, wird ein Photon erzeugt. Sonstiges: thermische Strahlung, Laser 45

Lichtrevolution Es ist überraschend, wie langsam die Entwicklung der Beleuchtung im Vergleich zu anderen Bereichen der Wissenschaft vonstattenging. Wir mussten mehr als 100 Jahre auf die erste energieeffiziente Glühbirne warten: Ob ihr es glaubt oder nicht: Auch heute werden noch vielerorts Glühbirnen verwendet, die nach dem gleichen Prinzip funktionieren, wie diejenige, die Edison im 19. Jahrhundert erfunden hat. Aber warum war eine Weiterentwicklung notwendig? Die Glühbirne ist nicht effektiv, da 90 % der Energie als Hitze verloren gehen und nur 10 % für die Lichterzeugung verwendet werden. Dies ist eine ungemeine Verschwendung, vor allem aufgrund der Tatsache, dass unsere Energieressourcen begrenzt sind (in unserem Artikel zu „Energie“

findet ihr weitere Informationen zu diesem Thema). Da die Verschwendung unserer Ressourcen so schnell wie möglich gestoppt werden muss, hat die Europäische Kommission ein „Green Book“ verabschiedet und Ratschläge zu einer zukünftigen umweltfreundlichen und energiesparenden Lichttechnik eingeführt. Das Ziel für das Jahr 2020 besteht darin, den mit der Beleuchtung in Verbindung stehenden Energieverbrauch in Europa um 20 % zu senken. Der Verkauf von Glühbirnen wird innerhalb der Europäischen Union in den nächsten Jahren schrittweise eingestellt, weshalb Glühbirnen in Haushalten, Büroräumen und öffentlichen Bereichen durch energieeffiziente Lichtquellen ersetzt werden müssen. Im Laufe der letzten zehn Jahre kamen auch zunehmend energiesparende Lampen mit Halogen

Die Glühbirne ist nicht effektiv, da 90 % der Energie als Hitze verloren gehen und nur 10 % für die Lichterzeugung verwendet werden.

(Jod oder Brom) zum Einsatz. Dieser Glühfaden hat eine höhere Temperatur als ein Wolfram-Glühfaden, weshalb die Glühbirne aus Hartglas oder Quarz hergestellt wird. Sparsame Leuchtstofflampen sind ebenfalls sehr beliebt. Bei diesen Lampen wird eine Quecksilber-/Argongas-Mischung zwischen den Fäden abgegeben, was zu einer UV-Strahlung führt, die den Phosphor in der Leuchtstofflampe in einen angeregten Zustand versetzt, wodurch sichtbares Licht erzeugt wird. Die vielversprechendste Alternative ist die LED (Light Emitting Diode, also Leuchtdiode) oder ihre organische Version, die OLED (Organic Light Emitting Diode, also organische Leuchtdiode), die auch als SSL (Solid-State Lighting, also Festkörper-Beleuchtung) bekannt ist.

Wusstest Du schon • Auch heute werden noch vielerorts Glühbirnen verwendet, die nach dem gleichen Prinzip funktionieren, wie diejenige, die Edison im 19. Jahrhundert erfunden hat.

LED und OLED Die Verbreitung von LED-Lampen und der OLED-Technologie ist muss forciert werden, da sie mehrere Vorteile gegenüber Glühbirnen bieten. Erstens sind sie viel energieeffizienter, und zweitens beträgt ihre Lebensdauer 40 - 60 Jahre. Bei LED-Lichtquellen wird das Licht von einer Diode erzeugt, die mit dem elektrischen Stromkreis verbunden ist, der die Elektronen der Atome in dem Material der Diode anregt, wodurch diese auf ein höheres Energieniveau (Elektronenbahn) gebracht werden. Wenn sie auf

ihr ursprüngliches Energieniveau zurückkehren, emittieren sie Photonen, also Licht. Der Unterschied zwischen LEDs und OLEDs ist das „o“, das für „organisch“ steht. Während bei LEDs winzige Kristalle verwendet werden, die z. B. auf Galliumnitrid basieren, bestehen OLEDs aus pigmentähnlichen organischen Verbindungen, die normalerweise verwendet werden, um ein Basismaterial mittels Aufdampfung zu beschichten.

Organische Leuchtdioden (OLEDs) erschaffen eine Welt, in der beleuchtete Tapeten und Fensterscheiben möglich sind, die sich in der Nacht in eine Lichtquelle verwandeln. Experten sind davon überzeugt, dass diese vielversprechenden Energiesparer die Beleuchtungsbranche in den nächsten Jahren revolutionieren könnten. Die Erwartungen an OLEDs sind hoch; es wird erwartet, dass sie effizienter als alle bisherigen Lichtquellen und eines Tages in der Lage sind, fast 100 % ihrer Energie als Licht abzugeben.

Der Unterschied zwischen LEDs und OLEDs ist das „o“, das für „organisch“ steht.

Intelligente Lichtquelle Die intelligente Lichtquelle LIFX hat die Goldmedaille bei den Edison Lighting Awards 2014 gewonnen. Dies ist eine energiesparende LED in verschiedenen Farben mit WIFI-Funktion, die mit einem SmartPhone über eine kostenlose App gesteuert werden kann. Dies bietet den Nutzern eine einzigartige Erfahrung: 16 Millionen Farben, programmierbare Beleuchtung und Effekte – und die Beleuchtung kann zudem auf deine Lieblingsmusik abgestimmt werden. Der Lichtstrom von maximal 1.000 Lumen hält für bis zu 25 Jahre.

Der Lichtstrom von maximal 1.000 Lumen hält für bis zu 25 Jahre.

Beleuchtung neu überdenken Die außergewöhlichen Vorteile von OLEDs können von Entwicklern effektiv und kreativ in Unterhaltungs- und Haushaltselektronik integriert werden. Stellt euch nur einen flexiblen, aufrollbaren Fernseher vor! Hier ist eine Umsetzung möglich, wenn das OLED-Display von einer dünnen Plastikschicht umhüllt ist. Die Möglichkeiten sind nahezu unendlich. Die Entwickler der BASF haben

bereits eine äußerst dünne Lichtquelle entwickelt, die wie ein Sonnenkollektor funktioniert, wenn sie auf dem Autodach platziert wird. Anderfalls fungiert sie als Lichtquelle und ist komplett durchsichtig, wenn sie ausgeschaltet wird. Ein solches Auto mit „Glasdach“ sammelt während des Tages Energie und beleuchtet den Innenraum des Fahrzeugs im Dunkeln.

Wie funktionieren OLEDs?

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LED-Lampen können auch in anderen Bereichen effektiv eingesetzt werden, z. B. können sie beim Pflanzenanbau in Innenräumen perfekt die Sonne imitieren. In der Versuchsstation des amerikanischen Unternehmens Green Sense Farms gedeihen Kopfsalat, Kohl und Schnittlauch in Räumen mit Klimaanlagen und künstlichem LED-Licht. Unberührt von Schädlingen und in außerirdisch anmutendem pinkfarbenem Licht gebadet, wachsen sie 22 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr in knapp 8 m hohen Türmen heran. Dieses Licht ist natürlich nicht dasselbe Licht, das eine normale LED ausstrahlt, sondern ein Strahl mit einer Wellenlänge, die für das Wachstum von Pflanzen erforderlich ist. Diese Lösung ist besonders gut für kleine und blättrige Pflanzen geeignet, doch die Wissenschaft wird mit Sicherheit auch künstliches und nahrhaftes Licht für Getreidepflanzen entwickeln, die in großen Mengen produziert werden, wie z. B. Mais und Weizen.

Elektronen und positiv geladenen Teilchen in die Mitte des Sandwichs und verbinden sich. Dadurch bringen sie die eingeschlossenen Moleküle zum Glühen. Da die organischen Schichten sehr empfindlich auf Wasser und Sauerstoff reagieren, müssen sie eingekapselt werden, damit sie geschützt sind.

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OLEDs sind wie ein Sandwich aufgebaut, mit einer Füllung, die aus hauchdünnen Schichten aus organischem Material bestehen. Diese Schichten werden zwischen einer positiv geladenen Anode und einer negativ geladenen Kathode platziert. Wenn elektrischer Strom durch sie geleitet wird, fließen die

Zahlen & Fakten Bei Glühbirnen, Halogenlampen und Energiesparlampen wird ein großer Teil der Energie in Hitze statt in Licht umgewandelt – die Oberfläche einer 100-Watt-Glühbirne erreicht beispielsweise eine Temperatur von mehr als 200 °C (392 °F), wenn sie leuchtet. Die OLEDs hingegen, die in Dresden entwickelt werden, weisen eine konstante Temperatur von 30 °C (86 °F) auf, sodass sie stets kühler als die Körpertemperatur und somit sicherer sind.

5-10

Eine OLED brennt 5-10 Mal länger als eine Glühbirne.

40.000

So viele Stunden brennt eine LED.

10.000

So viele Stunden brennt eine OLED zum heutigen Zeitpunkt.

Intelligentes Wohnen, intelligente Beleuchtung Natürlich hat auch die Automatisierung längst in die Lichttechnik Einzug gehalten. In einem intelligenten Haus, das mit einem smarten Steuerungssystem ausgestattet ist, kann man nicht nur das Licht ein- und ausschalten oder die Lichtintensität regeln, sondern auch persönliche Einstellungen speichern. Die Lieblingseinstellungen können jederzeit wieder abgerufen werden, und alle Lampen des Hauses können mit einer einzigen Berührung je nach unserer

Stimmung, der Tageszeit oder unseren Aktivitäten eingestellt werden. Das Potenzial der OLED-Technologie ist jedoch weitaus größer als bei einfachen Lampen und Beleuchtungsprogrammen. Das Licht von OLEDs ist angenehmer, weicher und schmeichelhafter als jede andere Lichtquelle, weshalb es von ihren Erfindern auch manchmal als „Wohlfühl-Licht“ bezeichnet wird. Das Geheimnis ihres‘„Wohlfühl“-Faktors liegt in der Art und Weise, wie sie

Licht ausstrahlen. Im Gegensatz zu allen anderen früheren und derzeitigen künstlichen Lichtquellen, emittieren OLEDs das Licht nicht von einem einzigen Punkt aus; sie sind eine flache Lichtquelle. Mit OLEDS ist es möglich, die Farbtemperatur zu regeln und das Licht an die Tageszeit anzupassen. Somit ist es also möglich, ein warmes weißes Licht in den Morgen- und Abendstunden und kaltes weißes Licht während des Tages zu erzeugen.

Das Licht von OLEDs ist angenehmer, weicher und schmeichelhafter als jede andere Lichtquelle, weshalb es von ihren Erfindern auch manchmal als „Wohlfühl-Licht“ bezeichnet wird.

Die blaue Frage Nur die richtige Mischung aus rotem, grünem und blauem Licht erzeugt das weiße Licht einer organischen Leuchtdiode (OLED). Doch bis heute mussten sich die Hersteller mit einem blauen Farbton zufriedengeben, der relativ ineffizient ist. Die fluoreszierenden Emitter, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind, wandeln maximal ein Viertel der Energie in Licht um, da der Rest in Hitze transformiert wird. Die Chemiker der BASF haben daher vor einigen Jahren damit begonnen, nach einer Lösung für das „blaue

Lichtdesigner lassen sich auch von einer weiteren Eigenschaft von OLEDs inspirieren. Sie bestehen aus hauchdünnen organischen Materialien. In absehbarer Zukunft könnte es möglich sein, sie wie eine zweite Haut an Tapeten, Decken oder Wänden anzubringen. Dadurch würde eine Decke die perfekte Illusion eines Sommerhimmels erzeugen oder eine Wand zu einer virtuellen Frühlingswiese

machen. Wenn OLEDs ausgeschaltet werden, sind sie weiß, reflektierend oder durchsichtig. Mit ihnen könnten Fensterscheiben geschaffen werden, die das Sonnenlicht während des Tages hereinlassen und sich im Dunkeln in flache Lampen verwandeln. Dioden mit niedrigem Stromverbrauch inspirieren nicht nur Designer, sondern können auch bei der Gestaltung von Kleidungsstücken, Möbeln und

Problem“ zu suchen. Sie haben Moleküle entdeckt, die bläulich schimmern und in der Lage sind, die Energie nahezu gänzlich in Licht umzuwandeln. Diese Moleküle gehören zu den hocheffizienten phosphoreszierenden Emittern, die in OLEDs verwendet werden. Es gab nur ein Problem: Sie haben nur für wenige Minuten gehalten. Bis zum Jahr 2016 sollte das BASFBlau die erforderliche Farbtiefe erreicht haben, die für die DisplayIndustrie erforderlich ist.

Schmuck sowie in der bildenden Kunst zum Einsatz kommen. Das natürliche „Wohlfühl“-Licht könnte in der Zukunft auch in Krankenhäusern und Arztpraxen eingesetzt werden. Auch Museen, die sanfte Lichtquelle ohne UV-Strahlen und starke Wärmeemission bevorzugen, sind daran interessiert. Japan ist bereits einen Schritt voraus: hier wurden bereits die ersten Messehallen mit OLEDS ausgestattet.

Leuchtende Pflanzen – lichterzeugende Pflanzen als Lampen Es klingt vielleicht unglaublich, doch es ist möglich, dass wir in der Zukunft keine Straßenlaternen mehr benötigen. Stattdessen kann das Licht von Pflanzen erzeugt werden, die am Straßenrand wachsen. Ein Forschungsteam aus San Francisco arbeitet momentan daran, leuchtende Pflanzen mithilfe synthetischer Biologie zu züchten. Der Plan besteht darin, synthetische DNA-Segmente auf Grundlage der DNA von Glühwürmchen und leuchtenden Meeresbakterien in Pflanzen zu implantieren.

Laser als Lichtquelle Für die meisten von uns ist ein Laser lediglich eine farbenfrohe Mischung aus blinkenden Lichtern, doch manche sehen das anders. Steven DenBaars beispielsweise, ein Forscher an der University of California von Santa Barbara, ist der Überzeugung, dass das Licht von Lasern traditionelle Lampen vollständig ersetzen könnte. Zum Beispiel könnte die gesamte Decke eines Raums erleuchtet werden, als wäre sie ein einziges großes Dachfenster. Oder stellt euch einen Festsaal in einem Hotel vor, in dem Dutzende oder Hunderte von Glühbirnen durch lediglich eine Hand voll ultraheller Lichtquellen ersetzt werden.

Auf den ersten Blick scheint es, als hätten der warme Lichtschein einer Glühbirne, die Licht durch Erhitzung eines Glühfadens, bis er weißglühend ist, erzeugt, und ein Laser, der Licht in einer einzigen Wellenlänge erzeugt und einen fokussierten Strahl auf ein winziges Ziel schießt, nichts miteinander gemeinsam. Die Gemeinsamkeit ist die LED-Technologie — die Art von Laser, an deren Entwicklung DenBaars arbeitet, basiert auf existierenden Leuchtdioden und wird als „Laser-Diode“ bezeichnet. Diese Laser sind LED-Lampen sehr ähnlich. Sie bestehen zwar aus den gleichen Materialien, doch werden zwei

Spiegel auf jeder Seite der LED platziert, wodurch ein Laserstrahl erzeugt wird. Sobald das Licht hin und zurück reflektiert wird, erhält man einen Verstärkungseffekt, und die normale Emission geht auf eine stimulierte Emission über — wie bei einer Lawine. Die besten Laserdioden sind bei der Umwandlung von Elektrizität in Licht in etwa genauso effektiv wie eine LED, die im Ladengeschäft erhältlich ist, jedoch mit einem großen Unterschied: Man kann über 2.000 Mal mehr Strom in eine Laserdiode pumpen. In der Theorie bedeutet dies, dass eine Laserdiode 2.000 Mal mehr Licht pro Quadratzentimeter erzeugen kann.

Natürliches Licht ist wichtig! Die ökonomischste und ökologischste Lichtquelle ist offensichtlich die Sonne, die man durch moderne Architektur wie Vorhallen und Dächer aus Glas zu nutzen versucht. Eine äußerst einfache Lösung, die sich immer größerer Beliebtheit erfreut, ist die Einleitung direkter Sonnenstrahlen in Wohnräume. Doch dies ist nichts Neues: Diese kreative Lösung wird oft in technisch unterentwickelten Gebieten eingesetzt. Eine gebrauchte PET-Flasche wird mit Wasser gefüllt und eine kleine Menge an Bleichmittel hinzugefügt, um die

Flüssigkeit zu sterilisieren und klar zu halten. Die Flasche wird dann vertikal in einem Loch, das in das Dach gebohrt wurde, festgekeilt, entsprechend gesichert, damit sie nicht herunterfallen kann, und mit etwas Gummi versiegelt. Und schon ist die provisorische Glühbirne fertig! Wenn die Sonne von außen auf die Flasche scheint, bricht das Wasser in der Flasche das Licht und erleuchtet das Innere der Hütte – und das alles ohne Strom. Eine modernere Methode besteht darin, das Sonnenlicht mit einem Solarrohr,

das als aktives Prisma fungiert, in den Raum zu leiten. Es wird direkt in die Dachkonstruktion eingebaut. Auf der Außenseite gibt es einen Lichtempfänger, von dem das Licht mithilfe von Spiegeln zur anderen Seite des Rohrs wandert, das sich innerhalb des Raumes befindet. Die modernsten Rohrkonstruktionen können das Licht sogar 6 Meter weit ohne Verluste weiterleiten. So kann ein Raum ohne Fenster von bis zu 25 Quadratmetern ohne Probleme mit Sonnenlicht beleuchtet werden.

Mit Nobelpreis ausgezeichnete LED Im Jahr 2014 wurde der Nobelpreis für Physik an zwei japanische und einen amerikanischen Wissenschaftler vergeben – Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura – und zwar für die „Erfindung effektiver blauer Leuchtdioden, die leuchtende sowie energiesparende weiße Lichtquellen ermöglicht haben“. Die ausgezeichneten Wissenschaftler machten die bahnbrechende Entdeckung in den neunziger Jahren. Die ersten Leuchtdioden, d. h. LEDs, wurden bereits in den sechziger Jahren hergestellt. Diese waren jedoch nur in der Lage, Infrarot-Licht zu erzeugen. Bis heute

kann man sie in Fernbedienungen finden. Die Wissenschaftler stellten immer hellere LEDs her, und in weiterer Folge erschienen auch rote und anschließend grüne LEDs auf der Wellenlängenskala. Doch das blaue Licht ließ auf sich warten. Es gelang nicht, blaue Leuchtdioden herzustellen - und ohne die blaue Komponente ist es nicht möglich, weißes Licht zu erzeugen. Die LEDs, die auf Galliumnitrid basieren und zwanzig Jahre später hergestellt wurden, waren die ersten, die in der Lage waren, eine große Helligkeit zu erzeugen. Somit wurde endlich der Weg für die Herstellung von LEDs mit kombinierten (rotem und grünem und blauem) weißem Licht geebnet. 55

Neue Wege des Transports Der Transport hat sich zu einem wichtigen Teil unseres Alltags entwickelt – doch er verbraucht eine riesige Menge an Energie und verursacht erhebliche Emissionen von Schadstoffen; die Abgase Hunderter von Millionen von Fahrzeugen verschmutzen Tag für Tag unsere Luft. Es liegt klar auf der Hand, dass eine nachhaltige Entwicklung auch eine Revolutionierung des Transports umfassen muss. Dabei ist man auf Hilfe der Wissenschaft angewiesen.

Autos – unsere täglichen Begleiter Autos sind erst in den vergangenen hundert Jahren zu unseren alltäglichen Begleitern geworden. Ein Leben ohne Autos können wir uns kaum mehr vorstellen. Die steigende Anzahl an Kraftfahrzeugen trägt jedoch in bedeutendem Maße zur Erschöpfung der Erdöl- und Kohlereserven bei - der fossilen Energieträger unserer Erde. Grund dafür ist, dass die Mehrheit unserer Autos mit Benzin oder Diesel angetrieben wird, die beide aus Erdöl hergestellt werden. Des Weiteren

enthalten ihre Abgase schädliche Gase wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickstoffoxid und Kohlenwasserstoff. Schätzungen zufolge wird es im Jahr 2021 weltweit ca. 1,2 Milliarden Fahrzeuge auf den Straßen geben – fast 300 Millionen mehr als heute. Derzeit ist der Transport für 50 % der gesamten Luftverschmutzung verantwortlich, weshalb eine der größten Herausforderungen heutzutage darin besteht, eine drastische Reduzierung zu erreichen.

Zahlen & Fakten Jeden Tag kommen weltweit 95.500 neue Fahrzeuge auf den Straßen hinzu. Bis 2021 wird es weltweit ca. 1,2 Milliarden Fahrzeuge auf den Straßen geben. Kraftfahrzeuge sind für 40% der Luftverschmutzung in Europa verantwortlich. Mehr als 80% der Autofahrten in Europa sind kürzer als 20 Kilometer.

Die Renaissance des Fahrrads Viele steigen von vier auf zwei Räder um – einige, um die Umwelt zu schützen, andere aus praktischen Gründen, z. B. um von zu Hause in die Schule oder zu ihrem Arbeitsplatz zu fahren. Es ist eine interessante Tatsache, dass zweimal so viele Fahrräder pro Jahr hergestellt werden wie Fahrzeuge, und im vergangenen Jahrzehnt wurden weit mehr Fahrräder als jemals zuvor verkauft. Es gibt Nationen, die traditionell eine Vorliebe für Fahrräder haben, wie beispielsweise die Niederländer: In Holland ist die Anzahl an Fahrrädern größer als die Bevölkerungszahl. In China und den südostasiatischen Ländern ist die Situation ähnlich, wobei dort aufgrund der größeren Entfernungen auch Elektrofahrräder weit verbreitet sind. Die zunehmende Beliebtheit von Fahrrädern spiegelt sich auch in der steigenden Anzahl an neuartigen Materialien und modernen Designs wider, mit denen die Fahrrräder noch komfortabler, sicherer und einzigartiger gestaltet werden. Eine der neuesten Innovationen ist die Einführung von Fahrradrahmen aus Holz oder Bambus, die äußerst flexibel und belastbar sind. Die BASF, die stets an der Entwicklung innovativer Materialien arbeitet, hat ihr eigenes „Concept Bike“ entwickelt, das das Vermächtnis der Vergangenheit mit dem Versprechen der Zukunft vereint. Das Fahrrad „Concept 1865“ sieht wie ein Fahrrad aus, das vor 150 Jahren hergestellt wurde, besteht jedoch aus 24 hochleistungsstarken technischen Kunststoffen, Spezialschäumen, Epoxidharzen und PolyurethanMaterialien, die das Fahrrad einzigartig machen – nicht nur in Bezug auf ihr äußeres Erscheinungsbild, sondern auch auf das Fahrerlebnis.

Elektroautos – die Fahrzeuge der Zukunft? Automobilhersteller und Zulieferer versuchen herauszufinden, wie sie den Gesamtverbrauch von Brennstoffen sowie die Gesamtemissionen trotz des rasanten Anstiegs der Fahrzeuganzahl reduzieren können. Die erste Lösung der Entwickler war die Entwicklung elektrischer Fahrzeuge, die von einem Elektromotor mit aufladbarer Batterie angetrieben werden. Hybridfahrzeuge waren die ersten, die auf öffentlichen Straßen in größerer Anzahl anzutreffen waren. Sie vereinen einen internen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor, um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu reduzieren. Ihr Vorteil besteht darin, dass sie im Stadtverkehr, also bei kürzeren Strecken, den Elektroantrieb effizient nutzen und bei längeren Strecken und höheren Geschwindigkeiten auf den traditionellen Motor umschalten. Der wichtigste Teil eines Elektroautos ist die Batterie, die die Energie speichert.

Der wahre Durchbruch wurde mit der Einführung von Lithium-Batterien erzielt, die viel leistungsstärker als ihre Vorgänger sind. Sie können ca. 150-200 Kilometer mit einer Aufladung zurücklegen, was mehr als ausreichend für durchschnittliche innerstädtische Strecken ist. Das Auto kann am Abend an eine Aufladestation angeschlossen werden, genauso wie unsere Handys. Doch Wissenschaftler träumen davon, eine Lösung zu finden, bei der eine Aufladung auch für längere Strecken ausreicht. Die Ingenieure des Chemie-Unternehmens BASF arbeiten an der Entwicklung von Batterien der nächsten Generation. Die Kombination aus Lithium und Schwefel oder Luft könnte Batterien eine höhere Energiedichte verleihen, was bedeutet, dass ein Auto bis zu 400 Kilometer mit einer einzigen Aufladung zurücklegen könnte. Eine weitere Lösung zur Verbesserung der Aufladeeffizienz könnten die

Wusstet ihr schon • Es stimmt nicht, dass Elektroautos langsam sind. Eines der schnellsten Elektroautos der Welt ist der Rimac Concept One, der von dem jungen kroatischen Erfinder Mate Rimac entwickelt wurde und mit seinem 1.088-PS-Motor eine Geschwindigkeit von 300 km/h erreichen kann.

neuartigen Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs) sein. Diese Fahrzeuge verfügen über eine leistungsstärkere Batterie und können über eine elektrische Steckverbindung aufgeladen werden. PHEVs verfügen ebenfalls über einen Verbrennungsmotor, der dabei hilft, sowohl die elektrische Batterie aufzuladen als auch die Reichweite zu vergrößern. Sein Einsatz wird jedoch dank der verbesserten Kapazität der Batterie größtenteils minimiert. Auch energiespeichernde Karosserieteile sind eine vielversprechende Innovation. Einige europäische Unternehmen testen derzeit Karosserieteile, die Energie speichern und schneller aufgeladen werden können als die konventionellen Batterien von heute. Die getesteten Karosserieteile bestehen aus Polymerfasern und Carbonharzen, die widerstandsfähig genug sind, um in Fahrzeugen eingesetzt zu werden, und biegsam genug, um in Karosserieteile geformt zu werden.

Zahlen & Fakten 500.000 – die Anzahl an Elektroautos weltweit +100% – der prognostizierte Anstieg der Anzahl an Elektroautos bis zum Jahr 2022 2040 – jedes zweite neue Auto wird ein Hybridauto sein. 58

Ein Wasserstoffkraftwerk im Auto Eine vielversprechende Möglichkeit für die Entwicklung umweltfreundlicher und zu hundert Prozent schadstofffreier Fahrzeuge ist die Brennstoffzelle, die durch eine chemische Reaktion zwischen Wasser- und Sauerstoff direkt im Auto elektrische Energie erzeugt. Die chemische Energie, die durch die Reaktion dieser beiden Stoffe erzeugt wird, wird in Elektrizität, Hitze und Wasser umgewandelt, wobei das Auspuffrohr lediglich Dampf emittiert. Fahrzeuge, die mit Brennstoffzellen ausgestattet sind, haben eine Reichweite, die mit jener der heutigen Fahrzeuge mit Benzinmotor

vergleichbar ist. Sie bieten dieselbe Leistung und Reichweite wie traditionelle Fahrzeuge – wobei die Entwickler noch einige Herausforderungen zu meistern haben. Es muss genügend Platz im Auto verfügbar sein, um einen großen Wasserstofftank unterbringen zu können. Zusätzlich sollte das Gewicht der Brennstoffzelle reduziert werden. Zu guter Letzt müssen Wasserstoff-Tankstellen errichtet werden, an denen Brennstoffzellen-Fahrzeuge mit Wasserstoff statt mit Benzin betankt werden können.

Flugzeug mit Wasserstoffantrieb – heute eine Realität Vor einigen Jahren bauten das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Lange Aviation das erste, ausschließlich mit Wasserstoff angetriebene Flugzeug: Antares DLR-H2. Der Motorsegler ist fast lautlos und emittiert keinen Rauch, sondern nur Dampf. Das Herzstück des Brennstoffsystems, das unter den Tragflächen angebracht wurde, ist eine von der BASF entwickelte Membran-Elektroden-Einheit. Die revolutionäre Neuheit besteht darin, dass sie eine Betriebstemperatur von bis zu 180 °C ermöglicht, wodurch eine Reihe kostspieliger Teile, darunter auch das Kühlsystem, überflüssig werden. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt plant, diese innovative Brennstoffzelle auch im Passagierflugzeug Airbus A320 zu installieren, um die Effizienz der Stromversorgung an Bord dieses Großraumflugzeugs zu steigern.

Die Chemie hält nun auch in Autos Einzug Ohne Zweifel besteht eine der wesentlichen Anforderungen an das Auto der Zukunft darin, Materialien sorgfältig auszuwählen: Die Entwickler müssen sicherstellen, dass die Karosserieteile sicher, komfortabel und so leicht wie möglich sind. Der letztgenannten Herausforderung stehen auch die Formel-1-Konstrukteure gegenüber: Sie möchten das Gewicht der Fahrzeuge aufgrund der hohen Geschwindigkeiten reduzieren. Im täglichen Verkehr bietet das „Federgewicht“ den Vorteil, dass das Fahrzeug weniger Kraftstoff verbraucht. Innovative Kunststoffe, die von der chemischen Industrie entwickelt werden, kommen immer öfter zum Einsatz, um eine Reduzierung des Gewichts zu ermöglichen.

Zahlen & Fakten Moderne Autos enthalten bereits ca. 15% Kunststoffe. In einigen Jahren könnte sich dieser Anteil auf 25% erhöhen. 60

Kunststoffe in Innenräumen von Fahrzeugen sind bereits ein bekannter Anblick, doch eine zunehmende Anzahl an anderen Teilen, darunter auch die Abdeckungen und Teile der Motoreinheit, bestehen aus technischen Kunststoffen. Die Automobilabteilung der BASF hat eine Reihe von Kunststoffen mit besonderen Eigenschaften entwickelt, die äußerst hitzebeständig, wie z. B. die stabilen Teile des Ölkreislaufs, oder sehr flexibel sind, so dass sie als mechanische Teile des Motors verwendet werden können. Eine weitere bahnbrechende Innovation des deutschen Chemie-Unternehmens ist die Radfelge aus Hochleistungskunststoffen, wodurch das Gewicht

eines jeden Rads um bedeutende drei Kilo reduziert wird. Im Gegensatz zu traditionellen Polyamid-Verbundstoffen enthält dieser neue Kunststoff lange, verstärkende Glasfasern, die äußerst belastbar sind. Die Radfelgen aus Kunststoff wurden gemeinsam mit Daimler für das Elektroauto smart forvision entwickelt. Dieses kleine Fahrzeug verfügt über Türen und andere Fahrgestell-Elemente aus einem Hochleistungsverbundwerkstoff – kohlenstofffaserverstärktem Epoxidharz –, wodurch das Auto nur halb so viel wiegt wie ein Auto, das mit traditionellen Materialien gebaut wurde. In diesem Auto kommen die neuesten Innovationen der Fahrzeugherstellung zum Einsatz, und zwar:

Infrarot reflektierende Folie Eine neuartige Infrarot reflektierende Folie wird an der Windschutzscheibe und den Seitenfenstern angebracht, um das Innere des Autos vor einer Aufheizung zu schützen.

Rahmen aus Hochleistungsverbundwerkstoff Die Fahrgastzelle und andere Komponenten wie z. B. die Türen werden aus kohlenstofffaserverstärktem Epoxidharz gefertigt – einem Hochleistungsverbundwerkstoff. Dank dieser Materialien wird das Gewicht im Vergleich zu Stahl um mehr als 50 % reduziert.

Hochleistungsstarker Isolationsschaumstoff Hochleistungsschaumstoffe der BASF kommen in den Karosserieteilen zum Einsatz. Sie helfen dabei, ein angenehmes Klima im Inneren des Autos zu schaffen. 62

Transparentes Solardach Auch bei schlechten Lichtbedingungen erzeugen die hexagonalen, transparenten organischen photovoltaischen Zellen genügend Energie, um die Multimedia-Komponenten und die Gebläse anzutreiben, die die Klimaregelung unterstützen. Transparente OLEDs (organische Leuchtdioden) beleuchten den Innenraum, wenn die Tür geöffnet oder ein Knopf gedrückt wird. Wenn sie ausgeschaltet sind, hat man klare Sicht nach draußen.

Infrarot reflektierende Beschichtung Das Infrarot reflektierende und kratzfeste Beschichtungssystem unterstützt die Temperaturregelung. Dank der besonderen, von BASF entwickelten, Pigmente, werden auch die dunklen Innenelemente vor einer Aufheizung geschützt.

Radfelge komplett aus Kunststoff Dank der weltweit ersten Radfelge, die komplett aus Kunststoff besteht und aus einem neuen Hochleistungsmaterial gefertigt ist, können drei Kilogramm pro Rad eingespart werden. Der neue Kunststoff verfügt über verbesserte Eigenschaften: exzellente thermische und chemische Stabilität, dynamische Festigkeit, Härte und gute durchgängige Betriebseigenschaften. 63

E-Textilien E-Textilien sind dünne Stoffe mit maßgeschneiderten leitfähigen Beschichtungen. Sie ersetzen konventionelle Sitzheizungen. Diese Heizung, die sich nahe am Körper direkt in der Sitzlehne befindet, verleiht ein angenehmes Gefühl der Wärme.

Multifunktionaler Komfortsitz Die Sitze bieten eine einzigartige Kombination aus Temperaturregelung und leichtgewichtigem Design. Eine neue stabile Sitzschale aus Kunststoff bildet die Basis des Sitzes. Der Sitzschaum bietet Komfort und sorgt für eine Gewichtsreduzierung. Der Vlies-Stoff enthält hochleistungsfähige absorbierende Materialien, die den Komfort noch weiter steigern, indem sie Feuchtigkeit aufnehmen.

Eine Innovation, die Benzin überflüssig macht Wissenschaftler arbeiten schon lange daran, ein Fahrzeug zu entwickeln, bei dem weder Benzin noch Diesel benötigt wird. Momentan sind Bioethanol und Biodiesel die am meisten verbreiteten alternativen Kraftstoffe. Sie werden aus Pflanzen hergestellt, die speziell für diesen Zweck gezüchtet werden, statt aus fossilen Energieträgern, die aus dem Inneren der Erde stammen. Um Bioethanol herzustellen, werden sogenannte Energiepflanzen verwendet, wie z. B. Rote Rüben oder Mais. Im Unterschied dazu wird Biodiesel aus Pflanzen mit hohem Ölanteil hergestellt, in den meisten Fällen aus Raps oder Sonnenblumen. Um diese Kraftstoffe herzustellen, werden jedoch riesige Mengen an Pflanzen benötigt: um 100

Liter Bioethanol herzustellen, wird mehr Mais benötigt, als eine Person in einem Jahr essen könnte. Aus diesem Grund können Biokraftstoffe nicht wirklich als umweltfreundlich angesehen werden – auch wenn ein Fahrzeug etwas weniger Schadstoffe ausstößt, wenn es mit Pflanzenkraftstoff angetrieben wird. Der vielversprechendste Kraftstoff ist pure Luft. Peugeot und Citroën haben gemeinsam ein Hybridauto entwickelt, das über ein Hydrauliksystem verfügt, das mit Druckluft angetrieben wird. Das Fahrzeug hat einen Benzinmotor, der bei großen Belastungen einspringt – z. B. bei Steigungen oder hohen Geschwindigkeiten. Das Auto mit dem Namen Hybrid Air wird im Jahr 2016 auf den Markt kommen.

Neue Perspektiven für den Transport der Zukunft Die Entwickler der Städte der Zukunft sind der Auffassung, dass sich unsere Einstellung gegenüber Personenkraftwagen zwangsläufig ändern wird. Die Menschen werden ihr Auto nicht mehr als persönliches Eigentum ansehen, und Carsharing wird sich mehr und mehr verbreiten. Die Vorreiter dieses Ansatzes sind Netzwerke, über die sich Personen mit demselben Ziel wie der Besitzer des Autos finden und gemeinsam die geplante Strecke fahren. Eine der beliebtesten dieser Communities ist Uber, die nun auch in mehreren mitteleuropäischen Ländern vertreten ist. Das Konzept besteht darin, dass eine mobile App die verfügbaren Uber-Fahrer in unserer Nähe anzeigt. Diese können angerufen werden, genauso wie bei einem Taxi, jedoch zu einem niedrigeren Preis. Einziger Unterschied ist, dass man manchmal das Auto mit anderen Mitreisenden teilen muss. Das neue Nutzungsverhalten erfordert neue Autotypen: Das Auto der Zukunft wird viel

leichter sein, sehr wenig Energie benötigen und weniger Auswirkungen auf die Umwelt haben als die bisherigen Modelle. Mit Sicherheit wird man sich in Metropolen mit Fahrzeugen fortbewegen, die ohne Fahrer gesteuert werden – auf vordefinierten Routen und mit GPS. Diese automatischen PRT-Fahrzeuge (PRT steht für Personal Rapid Transit) fahren auf Schienen oder Magnetbahnen und können 3 - 6 Passagiere befördern, die ihren Zielort entlang einer vordefinierten Route wählen können. Obwohl dies futurisch klingen mag, sind weltweit bereits mehr als zehn dieser PRTSysteme in Betrieb. Das älteste und längste PRT-System der Welt befindet sich an der West Virginia University. Dieses System befördert sowohl Studenten als auch Besucher zu einer Reihe beliebter Zielorte in der ganzen Stadt. Darüber hinaus kommen diese kleinen automatisierten Fahrzeuge auch am Flughafen London Heathrow und in Masdar City zum Einsatz, jener Ökostadt, die derzeit in den Vereinigten Arabischen Emiraten entsteht. Personenkraftwagen ohne Fahrer sind nicht länger Science Fiction: Seit Jahren nimmt Googles automatisches Fahrzeug Toyota Prius nicht nur Bilder von Straßen auf. Ccomputergestützte Karten zeigen auch Verkehrszeichen, alternative Routen und Ampeln an, bevor sie für den Fahrer sichtbar sind. Durch die Verwendung von Lasern, Radar und Kameras kann das

Fahrzeug Informationen über seine Umgebung schneller analysieren und verarbeiten als ein Mensch. Die Ingenieure von Google haben das von ihnen entwickelte selbstfahrende Auto bereits auf mehr als 300.000 Kilometern öffentlicher Straßen und Autobahnen getestet. Auch bei öffentlichen Verkehrsmitteln setzt man auf Innovationen. In diesem Bereich sind Magnetzüge, auch Magnetbahnen genannt, die vielversprechendsten Neuheiten. Diese Fahrzeuge sind äußerst umweltfreundlich, da sie von magnetischen Feldern in der Spur gehalten und angetrieben werden. Durch die Nutzung dieser Technologie können sich Züge mit einer Geschwindigkeit von 400 km/h sicher und fast geräuschlos fortbewegen. Heute kommen Magnetbahnen in Deutschland, Japan und China zum Einsatz; die schnellste von ihnen legt eine Strecke von 30 km in 7 Minuten zurück. Mit einem herkömmlichen Zug würde dies mindestens dreimal so viel Zeit in Anspruch nehmen. Auch Elektrobusse erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, und Entwickler arbeiten kontinuierlich daran, ihre Eigenschaften weiter zu verbessern. In den Niederlanden beispielsweise werden Versuchsreihen für einen „Superbus“ durchgeführt, der von einer Lithium-Polymer-Batterie angetrieben wird. Er ist einem riesigen Sportwagen ähnlich und kann bis zu 23 Fahrgäste mit einer Geschwindigkeit von 250 km/h befördern. 65

Zahlen & Fakten 90% der Menschen in Großstädten nutzen regelmäßig öffentliche Verkehrsmittel.

Fliegende Autos Das erste fliegende Auto hat seine ersten Testflüge absolviert und wird in Kürze in Serienproduktion gehen. Terrafugia benötigt 30 Sekunden, um sich von einem normalen Auto in ein zweisitziges Leichtflugzeug zu verwandeln. Voll betankt hat das Flugzeug eine Reichweite von 664 km und eine Fluggeschwindigkeit von 185 km/h.

Und nun auch der Himmel Auch der stetig steigende Flugverkehr birgt Herausforderungen für die Wissenschaftler: Wie kann der Betrieb von Flugzeugen umweltfreundlicher gestaltet werden? Auf etwa 90.000 Flügen werden weltweit jeden Tag Passagiere befördert. Dabei werden riesige Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid ausgestoßen und eine große Menge des Kraftstoffs Kerosin verbraucht, das aus Erdöl hergestellt wird. Während eines zweistündigen Fluges verbrennen diese Flugzeuge ca. 30 Tausend Liter Kraftstoff. Diese Kraftstoffmenge genügt, um den Tank eines durchschnittlichen Autos sechshundert Mal zu befüllen. Der Ersatz von Kerosin durch einen alternativen Kraftstoff wäre ein wichtiger Schritt, den Luftverkehr nachhaltiger zu machen. Biokraftstoffe für Flugzeuge werden an mehreren Standorten produziert: In den Niederlanden wird geplant, die Kapazität des Rotterdam Bio Port bis zum Jahr 2020 zu verdoppeln, wobei die CO2-Emissionen von Flugzeugen durch die Nutzung von nachhaltigem Kraftstoff um 80 % reduziert werden soll. Ein weiteres laufendes Projekt heißt „GreenSky London”, dessen Zweck darin besteht, ca. 500.000 Tonnen Abfall pro Jahr zu nutzen, um 50.000 Tonnen Kerosin und die gleiche Menge an Biodiesel herzustellen. Der Flugverkehr muss sich ebenfalls der Nutzung erneuerbarer Energien öffnen, wobei die naheliegendste Lösung Solarenergie ist. Bei kleinen Flugzeugen ist der Antrieb durch Sonnenkollektoren bereits Realität. Die Tragflächen des weltweit ersten Flugzeugs dieser Art, Solar Impulse, sind mit 17.200 Sonnenkollektoren an den Tragflächen ausgestattet, mit denen Energie gesammelt und an den Motor weitergeleitet wird. Dieses Flugzeug hat bereits die Weltmeere überquert und wird im Jahr 2015 die Erde umrunden. Der Antrieb großer Passagierflugzeuge mit Sonnenkollektoren ist noch immer ein Traum. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass Wissenschaftler eine Hybridlösung entwickeln, mit der größere Flugzeuge in der Luft gehalten werden können, indem verschiedene Arten erneuerbarer und umweltfreundlicher Energien genutzt werden.

Wissenschaft im Motorraum Galvanische Zelle, Batterie, Brennstoffzelle – aus operativer Sicht sind sie alle ähnlich, da sie alle auf einem Elektronentransfer, also auf Redoxreaktionen, basieren. Das Prinzip der Stromerzeugung beruht darauf, dass die Elektronenaufnahme und -abgabe räumlich voneinander getrennt ablaufen, sodass die Elektronen von der Anode (Oxidation) zur Kathode (Reduktion) wandern müssen. Wenn die galvanische Zelle aus einem Reaktanten stammt, ist eine weitere Stromerzeugung nicht möglich. Das bedeutet, dass der Energieproduktions-

prozess einseitig ist. In Batterien erzeugt ein ähnliches Verfahren Strom, doch dieser Prozess ist elektrisch reversibel, d. h. die Batterie kann aufgeladen werden. Beispielsweise wandern in LithiumBatterien Lithium-Ionen (Li +) während des Ladevorgangs zu der negativen Elektrode auf Kohlenstoff-Basis und beim Entladen zu der positiven Elektrode auf Metalloxid-Basis. Bei den neuesten Lithium-Polymer-Batterien wird die Flüssigelektrode durch einen speziellen Kunststoff ersetzt, wodurch sehr kleine und flexible Energiequellen erzeugt werden können.

Der größte Vorteil von Brennstoffzellen besteht darin, dass sie solange funktionieren, solange sie neu befüllt werden. Dieser Kraftstoff besteht überwiegend aus Wasserstoff, doch es gibt Variationen, die auf Methan und Methanol basieren. Der chemische Prozess besteht praktisch aus der Verbrennung des Kraftstoffs, jedoch nicht in der üblichen Weise: Die Reaktanten stehen nicht in Kontakt miteinander unf der Elektronentransfer erfolgt über eine Membran. Aus Wasserstoff wird während der Reaktion Wasser gebildet, während von Kohlenstoffverbindungen Kohlendioxid erzeugt wird.

Die Wissenschaft trägt auch Verantwortung dafür, der wachsenden Bevölkerung des Planeten Lebensmittel in ausreichender Menge und guter Qualität zu ermöglichen. All dies sollte im Rahmen der gesamten Versorgungskette so geringe Umweltauswirkungen wie möglich haben. Erfahre von innovativen wissenschaftlichen Lösungen, die bei der Getreideproduktion Anwendung finden, der nächsten Generation von Lebensmittelverpackungen und wirf einen Blick hinter die Kulissen einer Küche der Zukunft.

NACHHALTIGE NAHRUNGSKETTE

Wie können die zukünftigen Generationen ernährt werden? Die Wissenschaft mag noch nie mit einer solch schwierigen Aufgabe konfrontiert gewesen sein wie in der heutigen Zeit. Sie muss die Grundlage schaffen für die Entwicklung der Weltbevölkerung, die schnell und ungleichmäßig zunimmt. Eine der zentralen Herausforderungen besteht darin, der Menschheit so nachhaltig wie möglich ausreichend Nahrung bereitzustellen.

Hungersnot und Mehrverbrauch Der Bedarf der Menschheit an Nahrungsmitteln nimmt von Jahr zu Jahr erheblich zu. Die Nachfrage nach tierischem Eiweiß steigt jährlich um 2 Millionen Tonnen, während der Bedarf an Getreide zusätzliche 26 Millionen Tonnen Getreide pro Jahr erfordert. Die Hauptursache dafür ist das Bevölkerungswachstum: Jedes Jahr sind weitere 80 Millionen „hungrige Mäuler zu stopfen“. Die Tatsache, dass in den Industrieländern Mehrverbrauch ausgeprägt ist und viele Menschen überflüssige Mengen an Nahrungsmitteln kau-

fen, die schlussendlich im Müll landen, trägt auch zur zunehmenden Nachfrage nach Nahrung bei. In Entwicklungsländern hingegen herrschen Hungersnöte, die Agrarproduktion kann nicht mit der Zunahme der Bevölkerung mithalten, sodass es ständig an Nahrung mangelt. Und wir sollten auch nicht die Menschen außer Acht lassen, die nicht an der Menge sondern der Qualität der Nahrung zu leiden haben und aufgrund des Mangels an Eiweiß, Vitaminen und Spurenelementen in ihren Lebensmitteln fehlernährt sind.

Fakten & Zahlen Jährlicher menschlicher Verbrauch: 7 Milliarden Tonnen Getreide – für die 746 Millionen Hektar anbaufähiges Land benötigt wird 210 Millionen Tonnen Zucker, 259 Millionen Tonnen Fett. 70

Mutter Erde schenkt Nahrung und Leben Der Erdboden steht gewissermaßen im Zusammenhang mit unserer Nahrung: Gemüse, Obst und sogar Fleisch, da die Nutztiere Weideland für ihr Futter benötigen. Doch gibt es immer weniger anbaufähigen Boden, da wachsende Städte und ihre Ballungsräume sowie das sich schnell ausbreitende Straßennetz mehr und mehr Erdboden bedecken. Landwirtschaftlich nutzbares Land steht vor einem weiteren ernsthaften Problem, der Bodenerosion, bei der der Nährstoffgehalt des Erdreichs verringert wird. Der Anbau von

Pflanzen sorgt für einen Rückgang von Stickstoff, Phosphor und Kalium in den Böden. In früheren Zeiten ließen die Menschen das Feld einfach ruhen und auf frisch abgeernteten Flächen wurde nichts gepflanzt. Heutzutage kann sich dies ein Agrarproduzent nicht mehr leisten, da die Produktion mit der wachsenden Nachfrage Schritt zu halten hat. Deshalb spielt neben den herkömmlichen biologischen Düngemitteln Kunstdünger, der insbesondere geeignet ist für die Zuführung verlorener Bodennährstoffe, eine bedeutende Rolle bei der Düngung.

Innovativer Schutz des Erdbodens vor der Erderwärmung 78 % der Erdatmosphäre bestehen aus Luftstickstoff, der von höherentwickelten Pflanzen nicht direkt verarbeitet werden kann. Für ihr Wachstum nutzen sie das Nitrat des Bodens. Doch ist es schädlich, wenn der Erdboden mehr Nitrate enthält, als die Pflanzen aufnehmen können. In diesem Fall wandeln Bodenbakterien das Nitrat in ein Treibhausgas mit dem Namen Distickstoffmonoxid (N2O) um, das dreihundertfach stärkere Auswirkungen

als Kohlendioxid hat. Versuchsingenieure von BASF haben sich in letzter Zeit diesem Problem zugewandt und einen Nitrifikationsinhibitor entwickelt, der, mit Düngemittel vermischt, den Nitrifikationsprozess optimiert, um zu ermöglichen, dass die Nitratkonzentration des Bodens nicht den Bedarf der Pflanzen übersteigt. Dies sorgt für eine effizientere Nutzung von Düngemitteln und verringert die Erzeugung von Treibhausgasen beträchtlich.

Fakten & Zahlen 80% des Erdbodens weltweit sind geschädigt - die Abtragung von Böden vollzieht sich siebzehnmal schneller als ihr Erholungsprozess. 75 Milliarden Tonnen fruchtbaren Erdbodens gehen jährlich weltweit verloren. 72

Globale Herausforderung: Landwirtschaft nachhaltiger gestalten Nachhaltige Landwirtschaft bedeutet, dass wir nutzbare Landflächen mit einer Menge an Wasser und Energie bewirtschaften, die so niedrig wie möglich ist, währenddessen die Müllerzeugung verringern und für die Gesellschaft ausreichende Mengen an Nahrungsmitteln produzieren. Die Agrarindustrie hat bereits eine Reihe von Ideen für nachhaltigere Nutzpflanzenproduktion entwickelt. Einige größere Initiativen: Aquaponik

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In trockenen Gegenden mit geringem Niederschlag werden Nutzpflanzen oftmals auf kreisförmigen Landflächen angebaut. Das Verfahren dahinter wird Kreisberegnungsbewässerung genannt. Der Vorteil dieser ist, dass sie weniger Wasser als herkömmliche Bewässerungstechniken verbraucht.

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Agraringenieure und Planer von Städten der Zukunft haben erkannt, dass die Lebensmittelversorgung der Bürger am ökonomischsten wäre, wenn manche Nutzpflanzen innerhalb der Städte angebaut werden würden, weil auf diese Weise Obst und Gemüse nicht weite Entfernungen bis in ebendiese zurückzulegen hätten. Da die Städte überfüllt sind, können Pflanzen nur vertikal angebaut werden - aus diesem Grund wurden GewächshausWolkenkratzer errichtet. Außerdem sind auch immer mehr Ziergärten an den Hausmauern zu sehen. Abgesehen von ästhetischen Gesichtspunkten spielen sie auch eine Rolle bei der Reinigung der Stadtluft.

Aquaponik, ein Verfahren zur Nahrungsmittelerzeugung, das intensive Fischzucht in Wasserbecken (Aquakultur) mit dem Anbau von Nutzpflanzen in Wasser (Hydrokultur) kombiniert, spielt eine wichtige Rolle bei der Agrarrevolution. Das geschlossene System funktioniert mithilfe eines Wasserumlaufsystems, das das Wasser des Fischbeckens mitsamt der organischen Ausscheidungen der Tiere zu den Pflanzenwurzeln pumpt, die dann die im Wasser enthaltenen Nährstoffe aufnehmen. Die Nutzpflanzen werden in mit Kies oder Tonkugeln gefüllten Behältern angebaut, durch die langsam Wasser fließt. Das gereinigte Wasser wird dem Fischbecken wieder zugeführt und der Vorgang beginnt erneut. Der größte Vorteil von Aquaponik besteht darin, dass es beinahe vollständig selbstregulierend ist; seine Effizienz kann nur durch zusätzliche Bakterien und den Ersatz von Verdunstungswasser erhöht werden.

Gewächshaus unter der Erde In kälteren Gegenden werden Gewächshäuser oft in den Boden eingebaut. Diese Gewächshäuser verbinden die Vorteile von passiver Solarbeheizung und Earthships: Die Isolationsfähigkeit des Erdbodens ist sehr gut, somit speichern diese Häuser die Sonnenwärme, die durch die Fensterscheiben eintritt. So wird eine warme, helle und gleichbleibende Umgebung für ganzjähriges Pflanzenwachstum geschaffen.

Wusstest du schon • In den letzten Jahren wurden in Wohngebieten einiger europäischer Großstädte Gemeinschaftsgärten angelegt, in denen Stadtbewohner Gemüse, Kräuter und Obst für ihren Eigenverbrauch anbauen. Es gibt auch Orte, an denen Geflügel- und Bienenzucht zugelassen ist.

Wie Biotechnologie helfen kann? Entwicklungsingenieure, die daran forschen, dass bei geringerer Wassernutzung oder unter extremen Wetterbedingungen weiterhin gute Ernten eingefahren werden können, sind auch aktiv am Kampf um Nachhaltigkeit beteiligt. Der Pflanzenschutz-Bereich von BASF steht an der Spitze dieser Forschung. Er hat stresstolerante Pflanzen entwickelt, die zum Beispiel widerstandsfähiger gegen Trockenheit sind. Die Forscher beschäftigten sich mit Kakteen und Moospflanzen, die in heißen und trockenen Gegenden beheimatet sind, und fanden mehr als 100 Gene, die für das Maß an Stresstoleranz von Pflanzen verantwortlich sind. Studien haben gezeigt, dass Pflanzen mit solchen Genen zwei Wochen ohne Wasser überstehen können, während „normale Pflanzen“ austrocknen. In letzter Zeit arbeiten die Entwickler an Hybridpflanzen, die dem Ziel Trockenheitsverträglichkeit

von Nutzpflanzen dienen. Darüber hinaus haben Ingenieure von BASF Pflanzenschutzmittel entwickelt, die Pflanzen widerstandsfähiger gegen Krankheiten und Umwelteinwirkungen machen. Auf diese Weise können bessere Ernten erzielt werden. Die Wissenschaft kann außerdem zu hohem Nährwert in Nahrungsmitteln beitragen, was von besonderer Bedeutung in Entwicklungsländern ist, in denen Unterernährung sehr häufig vorkommt. Der Bereich Lebensmittel/ Humanernährung von BASF entwickelt verschiedene Inhaltsstoffe, die zur Nahrungsmittelanreicherung verwendet werden können. Diese funktionellen Inhaltsstoffe beinhalten Vitamine und Carotinoide sowie Omega-3-Fettsäuren. Sie können in flüssiger und fester Form in Lebensmitteln, wie dem angereicherten Grundnahrungsmittel Getreide, in Milchprodukten wie Joghurtgetränken als

auch in Baby- und Kindernahrung genutzt werden. Das innovative deutsche Unternehmen hat sich so sehr der Nachhaltigkeit verschrieben, dass es mit AgBalance™ eine Methode zur ganzheitlichen Bewertung von Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft entwickelte. Hierbei werden 69 Indikatoren, die auf ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Kriterien basieren, bewertet. AgBalance™ befasst sich beispielsweise mit dem Nährstoffhaushalt des Bodens, der biologischen Vielfalt auf Landwirtschaftsflächen, Rückständen in Nahrungs- und Futtermitteln sowie fixen und variablen Kosten. Gegenstand der ersten Untersuchung von AgBalance™ war die Rapsproduktion in Deutschland zwischen 1998 und 2008; die Ergebnisse zeigen, dass sich die Gesamtnachhaltigkeit um 40 % verbessert hat.

Drohnen und Nano-Wolken über den Feldern Präzisionslandwirtschaft ist ein langersehntes Ziel und bedeutet, dass Düngung, die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln, Bewässerung und Erntearbeiten so präzise wie möglich durchgeführt werden können. So kann die Menge an Pflanzenschutzmitteln und von Mähdreschern verbrauchtem Kraftstoff verringert werden, darüber hinaus verschmutzen diese die Umwelt weniger, wenn sie exakten Fahrwegen folgen. Deswegen ist auf GPS basierende Steuerung von landwirtschaftlichen Fahrzeugen so weitverbreitet - auf diese Weise können Anbauflächen genauer von ihnen bearbeitet werden. Dieser Bereich bietet viele spannende Möglichkeiten. Die Kombination zahlreicher unterschiedlicher Technologien und Forschungsfelder könnte zu ausgesprochen interessanten Lösungen führen, beispielhaft dafür steht die Anwendung von NanoWolken. Diese sind im Grunde winzige Sensoren, die in der Lage sind, Umweltfaktoren aufzuspüren, die Einfluss auf die Nutzpflanzenproduktion haben, wie Wind, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt des Bodens – für bis zu jeweils 30 Morgen Feldfläche. Solche hochtechnologischen Funksensoren werden bereits mit Erfolg auf kalifornischen Weingütern genutzt. Auch Drohnen, ferngesteuerte unbemannte Fluggeräte, die Landwirte dabei unterstützen, ihr Land von der Luft aus „abzufliegen“, um einen besseren Überblick über ihre Nutzpflanzen zu gewinnen, werden immer häufiger genutzt. Die tieffliegenden, leichtgewichtigen Aufklärungsflugzeuge können detailgetreue Fotos anfertigen, anhand derer Landwirte rechtzeitig erkennen, wo und wieviel Pflanzenschutzmittel einzusetzen und wo zu bewässern ist. Die modernsten Drohnen machen hochauflösende Infrarotaufnahmen von Pflanzenblättern, die zeigen, ob die Pflanze ausreichend mit Wasser und Nährstoffen versorgt ist oder nicht. Außerdem werden Drohnen in Japan für die Verteilung von Pflanzenschutzmitteln eingesetzt; so werden jene Pflanzen besprüht, die dies auch tatsächlich benötigen.

Fleisch ohne Fleisch Es ist offensichtlich, dass Viehhaltung in Bezug auf die verbrauchten Futtermittel und den Umfang des genutzten Landes ausgesprochen ineffizient ist, außerdem ist sie grausam für die Tiere. Abgesehen davon ist Viehzucht die Hauptursache für die Erderwärmung und ihre Nebenprodukte verschmutzen obendrein das Trinkwasser. Es scheint, als ob diese Situation nicht nur durch ein Zurückfahren der Produktion zum Guten verändert werden kann. Tief greifende Lösungen sind erforderlich und die Wissenschaft kann helfen. Seit 2008 experimentieren Forscher mit der Herstellung von Tierfleisch im Labor. Ausgehend von Gewebeproben zweier durchschnittlicher lebendiger Rinder wird aus dieser geleeartigen Zellkultur Muskelgewebe gezüchtet. Das Fleisch eines Hamburgers beispielsweise enthält zwanzigtausend Muskelfasern. Das auf diese Weise produzierte Fleisch ist nicht genetisch verändert; die Zellen unterscheiden sich nicht von Zellen, die sich auf herkömmliche Weise, in einem lebendigen Tier, „entwickeln“. Das Verfahren ist sehr effizient, da aus einer einzigen Probe zwanzigtausend Tonnen Rindfleisch erzeugt werden können. Diese Methode würde die Land- und Wassernutzung der Viehzucht um 90 % und ihren Energieverbrauch um 70 % reduzieren. Doch ist noch immer eine Menge Forschung vonnöten, um mit Erfolg in Labors Fleisch für den menschlichen Verbrauch zu produzieren. Die Motivation dazu besteht: Die Tierschutzorganisation PETA hat den Preis von 1 Million Dollar für das erste Forschungsteam ausgesetzt, das es schafft, essbares Hühnerfleisch herzustellen.

Fakten & Zahlen 70% - Landwirtschaftliche Nutzfläche wird zumeist von Nutztieren in Anspruch genommen. 50% - Die Hälfte des Trinkwassers wird von den Nutztieren verbraucht. 50% - Nutztiere sind verantwortlich für die Hälfte der Treibhausgase.

Würdest du Insekten essen? Die UNO hat unlängst einen detaillierten Bericht zu essbaren Insekten veröffentlicht, der sich auf die Tatsache stützt, dass aufgrund der bevorstehenden Ernährungskrise immer mehr Menschen dazu gezwungen sein werden, proteinreiche Insekten zu essen. Für viele ist schon allein die Vorstellung ekelerregend, doch sollten wir nicht außer Acht lassen, dass in manchen Kulturen schon seit Jahrtausenden Insekten gegessen werden und sie auf der Speisekarte von weltweit zwei Milliarden Menschen zu finden sind.

Die Nahrung der Zukunft: Mikroalgen Algen gehören zu den Pflanzen, von denen bei der Bekämpfung des Hungers auf der Welt am meisten erwartet wird. Da Algen Wasserpflanzen sind, wachsen sie deutlich schneller. Aufgrund dessen ist ein Hektar Algen in der Lage, dieselbe Menge an Protein zu produzieren wie 21 Morgen Sojabohnen oder 49 Morgen Mais. Davon abgesehen ist der Artenreichtum von Algen gigantisch: Es existieren mehr als 800.000 Arten. Es gibt einzellige und auch mehrzellige Algen, wie den 60 Meter langen Riesentang. Algen erzeugen Kohlehydrate, Öle, Proteine, Vitamine, Farb- und organische Stoffe. Dies ermöglicht die umfangreiche Nutzung von Algen etwa in der Nahrungs-, Futter-, Kosmetik- und Pharmabranche wie auch bei der Herstellung von Biokraftstoffen. Ihnen kommt auch andere Bedeutung zu: 90 % des Sauerstoffs des Planeten wird von Algen durch Photosynthese produziert, daher sind von ihnen herrührende Stoffe auch für die Aufnahme von Kohlendioxid geeignet.

Photobioreaktor Die Vermehrung von Mikroalgen in einem industriellen Ausmaß ist nur in unserem Klima künstlich möglich. Daher werden Algen in geschlossenen Systemen produziert, in denen die Produktion durch den Mix von künstlichem und natürlichem Licht sowie Temperaturbeeinflussung optimiert wird. Diese Anlagen werden Photobioreaktoren genannt.

Die in Photobioreaktoren gezüchteten Algen können für die Produktion sehr wichtiger Stoffe verwendet werden, da Veränderungen der optimalen Bedingungen zu Stressreaktionen führen, die oftmals die Produktion einer neuen Substanz oder eine plötzlich erhöhte Produktion einer bereits erzeugten Substanz zur Folge haben. Solche Vorgänge werden in beispielsweise Bioreaktoren nachgestellt, die in der Lage sind, Wasserstoff zu produzieren. Manche Grünalgen sind seit langem dafür bekannt, Wasserstoff produzieren zu können: Unter gewissen Umständen verbrauchen sie die Nährstoffe, die sie während der Photosynthese produzierten, was Biophotolyse genannt wird. Der Mangel an Schwefel und Sauerstoff erzeugt solch eine erhöhte Produktion von Wasserstoff, dass auf diesem Weg Energieerzeugung möglich ist. (Schwefelmangel „schaltet die Photosynthese ab“, daher wird der Prozess der Energieerzeugung, bei dem der Wasserstoff auch produziert wird, wichtiger für die Alge.) Es wurden viele Ideen für die Produktion von Wirkstoffen (wie Arzneimittelbestandteilen und Nahrungsergänzungsmitteln) patentiert, eine der wichtigsten befasst sich mit Algenöl, das sehr gesund ist: Es beinhaltet viele ungesättigte Komponenten, doch steigt auch der Omega-3-Fettsäuren-Anteil als Folge bestimmter Stresssituationen erheblich. Die Aufnahme von Omega3-Fettsäuren ist ausgesprochen wichtig, doch wird sie von vielen Menschen vernachlässigt und somit verschiebt sich der Omega-3/Omega-6-Anteil. 77

Cleveres Lebensmittelverpacken von morgen Heutzutage wird fast so viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit darin investiert, wie wir unsere Nahrungsmittel verpacken, wie in die Nahrung selbst. Innovationen und hochtechnologische Lösungen haben Kartons, Folien und Flaschen zum Ziel, die dafür sorgen, dass die Lebensmittel frisch und sicher verwahrt werden. Neben Lebensmittelsicherheit muss jedoch auch Umweltschutz vorrangig behandelt werden. Dies bewegt Forscher dazu, neue Technologien zu entwickeln.

Eine neue Verpackungsära Es gibt mehrere Gründe für die weltweit zunehmende Menge an Lebensmittelverpackungen. Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt in Städten, in denen es weniger Möglichkeiten gibt, Nahrungsmittel selbst anzubauen. Die 3,5 Milliarden Stadtbewohner gelangen also außerhalb ihres Zuhauses an ihre Lebensmittel – und diese sind üblicherweise verpackt. Darüber hinaus führen die steigende Anzahl an Einpersonenhaushalten, die kleinere Portionsgrößen bevorzugen, und der zunehmende Trend, unterwegs zwischen Terminen zu essen, zu einer zunehmenden Menge an verpackten Nahrungsmitteln. Doch leider landen viele Lebensmittelverpackungen beinahe sofort nach dem Öffnen

im Abfalleimer und ein beträchtlicher Anteil von ihnen, wie Kunststoff, PET-Flaschen oder metallene Softdrinkdosen, benötigt Jahrzehnte, um abgebaut zu werden. Abgesehen davon ist nicht nur die Menge an Verpackungsmaterialien sondern auch an Essensresten erstaunlich, vor allem in den Industriestaaten. Wir verzichten auf das Sammeln von Essensresten während der Essenszubereitung und werfen Nahrung, die wir nicht essen, weg. Am traurigsten ist jedoch, dass wir den Großteil der Lebensmittel zusammen mit ihrer Verpackung in den Abfalleimer werfen: Das, was wir nicht rechtzeitig essen, wird schlecht, ohne überhaupt geöffnet worden zu sein.

Fakten & Zahlen 1,3 Milliarden: Die Anzahl produzierter Lebensmittel in Tonnen – etwa ein Drittel der Gesamtmenge – die jedes Jahr weltweit verloren geht oder verschwendet wird. 95 – 115 kg: Die Menge an genießbaren Lebensmitteln, die pro Person jedes Jahr in den Industriestaaten verloren geht oder verschwendet wird. 78

Die Forschung nimmt dieses komplexe Problem mit der Einführung einer Reihe von innovativen Verpackungslösungen in Angriff. Eines ihrer Hauptziele ist es, die Menge an verschwendeter Nahrung durch die Verlängerung der Zeitdauer, die Lebensmittel in ihrer Verpackung frisch bleiben, deutlich zu verringern. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Nahrungsmittel von Sauerstoff ferngehalten werden, was die Vermehrung von Zersetzungsbakterien unterbindet. Der Kunststoffbereich von BASF hat auch spezielle Verbundpackstoffe entwickelt, die vorrangig für die Schalenverpackung von in Scheiben geschnittenem Fleisch, Käse und von geschnittener Fleischwurst genutzt werden. Die Schale, die Kontakt zu dem Lebensmittel hat, ist ein Polyamid, das sowohl fest als auch flexibel ist und, noch wichtiger, Sauerstoff

und Kohlensäure zurückhält. Die obere Schicht basiert auf einem biaxial orientierten Polyamid, das extrem flexibel sowie reißfest ist und die innere Schicht dient als Barriere gegen die Luft. Eine andere, Frische erhaltende Verpackungsmethode ist das Verpacken mit modifizierter Atmosphäre. Mit dieser Technik wird die ein essbares Produkt umgebende Luft mit einer Schutzatmosphäre ersetzt, die speziell auf das jeweilige Lebensmittel zugeschnitten ist. Ein Beispiel dafür ist die Mischung von Stickstoff und Kohlenstoffdioxid. Diese reaktionsträgen Gase verdrängen den Sauerstoff und verlangsamen die Zunahme von Bakterien, ganz ohne Konservierungsstoffe. Neben der Gewährleistung von Hygiene

besteht ein weiteres wichtiges Ziel der Lebensmittelindustrieforschung darin, Verpackungsmaterialien ökologisch vernünftig zu gestalten. Diesem Zweck dient biologisch abbaubarer Kunststoff: Ein Stoff, der einem immer häufiger begegnen wird, da viele Tragetaschen und Abfalltüten aus ihm gefertigt werden. Das Chemieunternehmen BASF ist führend in der Entwicklung abbaubaren Kunstoffs. Sein Ecoflex® Polyester, hergestellt unter Verwendung von Bakterien und Pilzen, Wasser, Kohlenmonoxid und Biomasse, zersetzt sich innerhalb weniger Wochen und hinterlässt keine Rückstände. Ecoflex® wird als Beschichtung von Pappbechern, beim Schrumpffoliieren von Lebensmitteln und auch bei der Herstellung von Säcken, die für Kompostierung zu Hause verwendet werden können, genutzt.

Wie funktioniert Kompostierung? Kompostierung ist ein biologischer Prozess, in dessen Verlauf sich organische Abfälle (wie Essensreste, Tee- und Gartenabfälle) als Ergebnis natürlicher Zersetzung in eine humusähnliche Substanz umwandeln. Diese Substanz wird Kompost genannt und kann zum Beispiel für die Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit verwendet werden.

Wusstest du schon • Zusatzstoffe können dabei helfen, Verpackungsmaterialien recycelbar zu machen. Produkte von BASF, die dazu beitragen, die Ziele in Bezug auf Reduzierung von Materialbedarf und Erhöhung von Recyclingquoten zu erreichen, beinhalten Zusatzstoffe, die Kunststoff elastischer und widerstandsfähiger gegen Alterung und Rissbildung machen. Sie werden bei Verfahren wie dem Recycling von PET-Getränkeflaschen genutzt. Zusatzstoffe der Produktfamilie Joncryl® von BASF sorgen dafür, dass die recycelten Stoffe die Qualität neuen Polyethylenterephthalats erlangen. Außerdem ermöglichen Papierchemikalien von BASF die Produktion neuen Papiers und Kartons aus recycelten Fasern.

Verpackungen: die intelligenten Lebensmittelprüfer Es ist schwierig, das genaue Mindesthaltbarkeitsdatum eines verderblichen Lebensmittelprodukts zu bestimmen, da es in hohem Maße von der Aufbewahrungstemperatur abhängt. Ein Lebensmittelprodukt kann in einem Kühlschrank bei 8 - 10°C zehn Mal schneller verderben als bei 0°C. Darum werden für die Lebensmittelbranche intelligente Indikatoren entwickelt, die sofort feststellen, ob ein Nahrungsmittel nicht mehr genießbar ist. Schweizer Wissenschaftler versehen Lebensmittelverpackungen mit „Geruchssystemen“, um die Qualität der Lebensmittel zu überwachen. Die Systeme messen die Temperatur, die Feuchtigkeit und die Veränderungen einiger anderer Werte. Der Ethylengehalt ändert sich, wenn Obst reift, während das Auftreten von Hexanol darauf hinweist, dass es schlecht wird. Die Sensoren entdecken außerdem andere Krankheitserreger,

Auswirkungen von UV-Strahlung sowie Undichtigkeit, Austrocknung und andere Beschädigungen der Verpackung. Verfärbungen von Verpackungen bedeuten, dass schlechte Werte gemessen wurden. Die Verpackungen lassen sich gegebenenfalls nicht mehr öffnen. Die Ungenauigkeit des Mindesthaltbarkeitsdatums macht auch vor Tiefkühlprodukten nicht Halt, denn man kann nie sicher sein, dass das jeweilige Lebensmittel fachgerecht tiefgefroren wurde. Der von BASF entwickelte Zeit-TemperaturIndikator hilft uns dabei, Lebensmittel auf ihrem Weg vom Hersteller zum Händler zu überwachen. Der Kunde weiß mit einem Blick auf das Etikett, ob das Produkt bis zur Lagerung im Tiefkühlschrank des Kunden dauerhaft tiefgefroren war und richtig aufbewahrt wurde. Für die Bedruckung der OnVu™ ICE Etiketten wird temperaturempfindliche Tinte verwendet;

je dunkler ihre Farbe ist, desto besser wurde die Kühlkette für Kühl- und Gefrierkost aufrechterhalten. Ein andere Technologie, die dabei helfen kann, den gegenwärtigen Zustand von Lebensmitteln zu überprüfen, ist Radiofrequenz-Identifikation (RFID). Die auf der Verpackung platzierten und den herkömmlichen Barcode ersetzenden elektronischen Chips speichern sämtliche wichtigen Informationen über das jeweilige Lebensmittel, einschließlich seiner Zutaten, der enthaltenen allergieauslösenden Stoffe und natürlich des Mindesthaltbarkeitsdatums. RFID-Chips sind schnell und einfach lesbar und können helfen herauszufinden, wann genau das bestimmte Lebensmittel produziert wurde und über welche Strecke es schließlich den Betrieb erreichte, in dem es verkauft wurde.

Verfärbungen von Verpackungen bedeuten, dass schlechte Werte gemessen wurden. Die Verpackungen lassen sich gegebenenfalls nicht mehr öffnen. 80

Weltsensation: die allererste selbstkühlende Getränkedose Die selbstkühlende Getränkedose kann die Temperatur eines Getränks innerhalb von drei Minuten um 1°C verringern. ChillCan beinhaltet eine zylinderförmige Kammer gefüllt mit CO2 mit hohem Druck, das bis zu einem Ventil reicht, das wiederum bis durch den Boden der Dose verläuft und von einem Druckknopf verdeckt wird. Wenn der Konsument den Knopf drückt, öffnet sich das Ventil und das CO2 strömt aus dem Boden der Dose in die Atmosphäre. Das Gas nimmt bei seiner Ausdehnung Wärme aus der es umgebenden Flüssigkeit auf und verringert auf diese Weise ihre Temperatur. Diese besondere Getränkedose – gefüllt mit einem Energydrink – ist in den Vereinigten Staaten bereits käuflich zu erwerben.

Die Verpackung mitessen

Manche sind der Meinung, dass sich die neue Generation an Verpackungsmaterialien sogar in ihren Funktionen unterscheiden wird: Die Verpackungen werden Lebensmittel nicht nur verwahren sondern selbst auch essbar sein. Zu den Vorreitern in Sachen essbarer Lebensmittelverpackungen zählt Dr. David Edwards von der Harvard University, Professor für biomedizintechnische Verfahren. Edwards und sein Team aus Wissenschaftlern haben eine essbare Membrane aus biologisch abbaubarem Polymer und Nahrungspartikeln entwickelt, die den Platz herkömmlicher Verpackungsmaterialien wie Cellophan oder Karton einnehmen könnte. Die essbare Membrane, oder „WikiCell“, fungiert als natürlich gewachsene „Flasche“, ähnlich dem Schutz, den die Schale einer Frucht dem darunterliegenden Fruchtfleisch bietet. Edwards vertritt die Meinung, dass es möglich ist, alle Geschmacksrichtungen in einer WikiCell zu verwahren. Bis jetzt hat sein Team unter anderem eine Tomatenmembrane, gefüllt mit Gazpacho, und eine Traubenmembrane, gefüllt mit Wein, erzeugt. Edwards hat auch eine Prototypflasche mit einer Umhüllung, ähnlich einer Eischale, die entweder abgeschält oder mit der darunterliegenden Membrane vollständig gegessen werden kann, entwickelt. Dieser membranartige Stoff ähnelt den Waschmittelkapseln, die momentan in Mode sind. Flüssigwaschmittel wird durch ein transparentes, folienartiges Material eingeschlossen, das sich während des Waschvorgangs in der Waschmaschine, in Folge seines Kontakts mit dem Schmutzwasser, auflöst. Auch wenn es heute wirklich unvorstellbar scheint, in ein Sandwich mitsamt seiner Verpackung zu beißen, werden essbare Umhüllungen in Zukunft eine bedeutende Rolle einnehmen. Weltweit verteilt arbeiten Forschungsteams an der Entwicklung essbarer Materialien, die zum Verpacken von Softgetränken, Süßigkeiten und sogar frischem Fleisch verwendet werden können.

Design im Dienst nachhaltiger Verpackung Wie die obigen Absätze verdeutlichen, sind die Zeiten Geschichte, in denen die einzige Funktion der Lebensmittelverpackung darin bestand, Lebensmittel zu verwahren und vielleicht noch das Interesse der Kunden mit ihrem ansprechenden Erscheinungsbild zu wecken. Letzteres ist natürlich noch immer von Bedeutung, doch zusätzlich ist es für Designer in der heutigen Zeit äußerst wichtig, die Konkurrenz mit der Entwicklung von Verpackungsmaterialien zu übertreffen, die gleichzeitig in höchstem Maße praktisch und biologisch sind. Dank der Bemühungen hierzu nimmt die Menge der aus recyceltem Papier gefertigten Lebensmittelverpackungen zu, die bevorzugt für das Verpacken von Bioprodukten genutzt werden. Doch warnen Forscher davor, dass diese recycelten Materialien Tintenrückstände und somit auch schädliche Mineralöle enthalten können. Aus diesem Grund muss unter Berücksichtigung der Lebensmittelsicherheit eine dünne Schutzschicht zwischen dem recycelten Papier und dem Lebensmittel, das es umschließt, platziert werden. Die „Clevere Flasche“ beeindruckt in Verkaufsregalen und zeigt den Wandel von

herkömmlichen unelastischen Behältern hin zu flexiblen Beutelverpackungen. Sie wird aus elastischen Folien gefertigt und verfügt über flache, robuste Abdichtungen an den Ecken, damit die notwendige Härte für die Behälterform bewahrt wird. Diese Beschaffenheit ermöglicht die Produktion von Verpackungen, die vor dem Befüllen flach ausgeliefert und umweltverträglicher entsorgt werden können. Die Kunst des Verpackungsdesigns beinhaltet auch Etikettierung und Bedrucken. Schädliche Farben auf Ölbasis werden in zunehmendem Maß mit wasserbasierenden, umweltverträglichen Farben ausgetauscht. Bezüglich des Designs von Etiketten wird der wahre Durchbruch mit den ersten bewegten Bildern auf der Verpackung erreicht sein. Dies klingt futuristisch? Nun, es gibt Forschungsgruppen, die an einer solchen Lösung arbeiten und Verpackungen mit bewegten Bildern wurden bereits in Testprojekten in die Tat umgesetzt. Der Grund dafür, warum sie nicht in Geschäften zu finden sind, liegt darin, dass sie aufgrund ihrer noch sehr hohen Kosten von keinem Hersteller genutzt werden.

Wusstest du schon • Japan ist die Hochburg der Lebensmittelverpackung; viele Verpackungsarten, preisgekrönt für ihr Design, stammen von hier. In Japan werden oftmals Bambus und andere Stoffe pflanzlicher Herkunft für die Verpackung verwendet, selbst Teller und Essstäbchen werden großteils aus Bambusfaser gefertigt. Japan setzt sich nicht nur bei der Materialnutzung sondern auch in der Technologie an die Spitze. Einer seiner größten Erfolge ist das UltraFreshness Preservation Freezing System (Kühlsystem für Ultra-Frische-Erhalt), das Verwendung in der Verpackung von rohem Fisch findet. Dieses Schnell-Kühlsystem nutzt sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom, also hohes „elektrisches Potential”, gleichzeitig, um das Produkt ohne Oxidation schnell zu kühlen und verringert dabei die Größe der Eiskristalle, die sich in Lebensmittelzellen bilden.

Einfrieren - eine Wissenschaft Die Größe von Eiskristallen, die während des Gefrierprozesses gebildet werden, bestimmt in hohem Maße die Qualität der Tiefkühlkost. Große Kristalle beschädigen die Zellwand/Membrane, sodass Lebensmittel nach dem Auftauen ihre ursprüngliche Form nicht wiedererlangen. Kleine Kristalle haben weniger schädliche Auswirkungen. Die Größe der Kristalle, die sich während des Gefrierprozesses bilden – oder wenn sie sich aus der Lösung absetzen – hängt von der Geschwindigkeit zweier Vorgänge ab: der Bildung von Keimen und der Wachstumsgeschwindigkeit der Kristalle. Wenn sich der erstgenannte Vorgang schnell und der an zweiter Stelle genannte langsam vollzieht, werden viele kleine oder sogar mikroskopisch kleine Kristalle gebildet, im umgekehrten Fall bilden sich einige große Kristalle. In der Natur gibt es sogar Kristallgiganten mit einem Gewicht von mehreren Tonnen. Schnelles Erkalten steigert die Keimbildungsrate, darum wird in der Lebensmitteltechnologie Schnellkühlung favorisiert. Dafür ist Flüssigstickstoff am besten geeignet, der Lebensmittel bis zu -196°C rasend schnell herunterkühlen kann. Eine zunehmende Menge an biogenen Aminen kann auch auf den Verderb proteinreicher Lebensmittel hindeuten. Biogene Amine bilden sich aus Aminosäuren (Proteinhydrolyseprodukten) durch Decarboxylierung während des Prozesses von Fermentation und Verderb. Fermentierte Produkte (wie Käse und Wein) beinhalten immer Stoffe, die in großen Mengen giftig sind. Die Gesamtmenge der vier wichtigsten biogenen Amine – Histamin, Tyramin, Putrescin und Cadaverin (letzteres ist der „toxische Abfall“) – zeigt den Verderb von Fleisch an. Es gibt bereits intelligente Verpackungen oder kleine Klebe-Etiketten, die mittels einer Farbveränderung eine erhöhte Menge dieser Amine anzeigen. Dies deutet meist darauf hin, dass das Fleisch verdorben ist.

Fermentierte Produkte (wie Käse und Wein) beinhalten immer Stoffe, die in großen Mengen giftig sind.

Wissenschaft in der Küche Erfindungen erleichtern in vielen Dingen unser tägliches Leben. Das gleiche gilt für unsere Lebensmittel, die sich, wie alles andere in unserem Leben auch, verändern und weiterentwickeln. Nahrungsmittel und Küche werden sich in den kommenden Jahrzehnten so verändern, dass wir nicht einmal mehr genau wissen werden, was vor uns auf dem Teller liegt. Jedoch werden uns sowohl die Lebensmittel, als auch die Küche wieder erkennen...

Schlaue Küche, intelligente Geräte Die Entwicklung der Haushaltsgeräte wird, wie jeder andere Bereich auch, von den sich verändernden Anforderungen der Menschen bestimmt. Wir möchten immer weniger Zeit mit der Zubereitung von Mahlzeiten verbringen, aber wir möchten dennoch gesunde und nahrhafte Speisen zu uns nehmen, die gut schmecken und appetitlich aussehen. Darüber hinaus arbeiten wir in der Küche gerne mit modernsten Hilfsmitteln, da wir uns schon an sie gewöhnt haben. Mit den Geräten zukünftiger Küchen wird man versuchen, diese Ziele zu erreichen. Sie werden uns genauso wie unsere Großmütter damals in Erstaunen versetzen, als diese zum ersten Mal einen Kühlschrank oder eine Mikrowelle gesehen und in Betrieb genommen haben. Die Küche der Zukunft wird uns an ein gut ausgestattetes Labor erinnern, in der die intelligenten Geräte eigentlich Sensoren sind, die zum Beispiel unsere Stimme er-

kennen sobald wir die Küche betreten und das Licht automatisch einschalten. Unsere Küche wird unsere Essgewohnheiten kennen und uns Gerichte und Getränke so wie insgesamt eine gesunde Ernährung empfehlen, die uns dann vielleicht unser holographischer Chefkoch mitteilt. Wir werden den Bereich des Herdes, den wir erhitzen möchten, über einen Touchscreen auswählen und unser eigenes Gemüse in einer bodenunabhängigen Kultur in einem „Küchengarten“ ohne Humus anbauen. Geräte werden miteinander kommunizieren können und wenn wir ein Rezept für Roastbeef im digitalen Kochbuch auswählen wird der intelligente Kühlschrank sofort mit dem Auftauen des Fleischs beginnen. Da wir gerade von Kühlschränken sprechen: Ingenieure entwickeln derzeit Kühlschränke, zu denen uns alles Mögliche einfallen würde, außer, dass diese Geräte in einer Küche stehen. Eines dieser einzigartigen Geräte ist der „Bio Robot Refrigerator“

[Bio-Roboter Kühlschrank], der mit einer gel-ähnlichen Substanz arbeitet und Lebensmittel, sobald sie in den Kühlschrank gelegt werden, umschließt und kühlt. Nicht nur das Aussehen, sondern auch die Funktion des prämierten Kühlschranks ist ungewöhnlich: Er hat keinen Motor oder eine andere traditionelle Technik wie die meisten heutigen Kühlschränke, sondern er arbeitet mit einem speziellen Biopolymer-Gel, das chemisch kühlt. Die Nutzung des Kühlschranks ist denkbar einfach: man legt die Lebensmittel in das Gel, das geruchslos und nicht klebrig ist. Sie werden umschlossen und so lange gekühlt, bis man sie wieder benötigt. Kühlmittel sind die „Bio-Roboter“, die im Gel integriert sind und mit Hilfe von Lumineszenzlicht, das bei kalten Temperaturen erzeugt wird, die Lebensmittel konservieren. Dieses Gerät benötigt keine Energie zur Kühlung, nur ein wenig für das Bedienungsfeld.

Auf dem Kühlschrank Platz nehmen! BASF- Ingenieure haben einen futuristischen Kühlschrank entwickelt, der fast ausschließlich aus speziellem Plastik hergestellt wurde. Da sich das Material sehr gut formen lässt, hat der Coolpure 1.0 Kühlschrank nicht die normale Form: er ist vielmehr ein Kunstobjekt, auf dem man in der Küche auch Platz nehmen kann. Kunststoffe haben sehr gute Isoliereigenschaften. Daher sind Kühlschränke eigentlich Geräte, die Energie sparen.

Koch- und Chemieunterricht kombiniert Eine Prise Salz, eine Handvoll Reis - dies werden wir in der Küche der Zukunft definitiv nicht mehr hören. Hier werden Temperaturen auf ein halbes Grad genau angegeben und die Kochzeit wird präzise auf die Sekunde gestoppt. Das bedeutet natürlich nicht, dass wir die Freude an der Kreativität und die Experimente in der Küche, die die Kunst des Kochens ausmacht, aufgeben müssen. Aber ganz andere Kochverfahren, die eine fast wissenschaftliche Präzision erfordern, werden zukünftige Köche unterstützen. Physikalische und chemische Verfahren, die in der Molekulargastronomie eingesetzt werden, wurden von innovativen Köchen und Wissenschaftlern entwickelt. Bald werden wir diese Verfahren kopieren können. Die Basis für diese neue Zubereitungsart der Speisen besteht darin, dass der besondere Geschmack und die Konsistenz der Lebensmittelwunder mit Zutaten generiert werden, die durch besondere Techniken und modernste Geräte in kleinste chemische Bestandteile zerlegt wurden. Das Hauptkonzept ist, dass das Kochen zwar wissenschaftlich, aber dennoch als eine Alltagsaktivität gesehen wird. Das Ergebnis sind neue und innovative kulinarisches Erlebnisse. So können extreme Gerichte entstehen, wie zum Beispiel Apfelpudding und Blaubeerspaghetti, explosive Erbsenfrikadellen oder molekulare Erdbeerluft. 85

Reformen in der Gastronomie Der Begriff der Molekulargastronomie wurde während eines Treffens des ungarischen Physikers Nicholas Kurti und des PhysikoChemikers Hervé erfunden. Die Spezialität von Kurti war die Thermodynamik. Er führte sehr viele Experimente mit Materialien bei sehr niedrigen Temperaturen durch. Er war enttäuscht ob der Tatsache, dass die Menschen eher über die innere Temperatur der Sterne als die eines Reispuddings informiert waren. So entschied er, dass er der

Aber worauf basieren diese Besonderheiten? Neben den alltäglichen Zutaten wie Gemüse und Früchte benötigt man ebenso Materialien, die das normale Aussehen und die Konsistenz der Zutaten verändern. Diese Materialien und die Basisverfahren der Molekulargastronomie werden regelmäßig von der Lebensmittelindustrie verwendet, obwohl dort das Aussehen keine so große Rolle spielt. In der Molekularküche ist der Überraschungseffekt wichtig, d. h. dass Aussehen und Geschmack auf den ersten Blick nicht unbedingt zusammenpassen. Würdet Ihr eine Schüssel mit Spaghetti probieren, wenn Ihr von Anfang an wüsstet, dass sie wie rote Johannisbeere schmecken? Oder würdet Ihr Kaviar essen, der nach Vanille statt nach Fisch schmeckt?

Emulgierung Ein regelmäßig eingesetztes Additiv ist der Emulgator, hergestellt aus tierischen und pflanzlichen Fetten. Damit kann man Stoffe, die sich nicht vermischen lassen, auf kolloidaler Ebene kombinieren und erhält so erstaunliche Lebensmittelaromen und -konsistenzen.

Allgemeinheit die wissenschaftliche Seite der Kochkunst näherbringen muss. Er war es auch, der den Begriff der Molekulargastronomie erfand, und auch er war es, der die erste Konferenz zum Thema Molekulargastronomie organisierte. Er glaubte fest daran, dass man die Chemie und die Physik nicht von den Verfahren in der Küche trennen kann. Daher drang er darauf, dass die Köche hochwissenschaftliche Bildungsangebote wahrnehmen sollten.

Wir möchten Euch mit verschiedenen Verfahren der Molekulargastronomie, die die Konsistenz verändern, vertraut machen:

Aerifizieren Bei dieser Methode wird Lezithin aus natürlichen Zutaten wie zum Beispiel Eiern oder Soja gewonnen. Dieses wird zur Schaumbildung und zum Aerifizieren nicht nur in der Molekulargastronomie sondern auch in der Lebensmittelindustrie verwendet.

Spherifikation Die Spherifikation ist eine Technik, bei der Flüssigkeiten in Gel umgewandelt werden. Man kann zwei unterschiedliche Ergebnisse erzielen: bei langsamer Gelierung erhält man Gelatine. Man kann aber auch Gelkügelchen herstellen, die im Inneren noch flüssig sind. (das Letztgenannte bezieht sich auf den Namen: Spherifikation). Alginat, das aus Algen und Kalziumchlorid gewonnen wird, besitzt Eigenschaften der Spherifikation, da diese Materialien eine wasserunlösliche Verbindung und somit eine Art Beschichtung auf der Außenseite der Tropfen bilden (die aromatisierte und gefärbte Alginatlösung wird in die Kalziumchloridlösung geträufelt).

Warmes Aufschäumen Das Metilgel, hergestellt aus Zellulose, wird für warmes Aufschäumen von Zutaten verwendet. Seine wichtigste Eigenschaft ist, dass es bei 60 Grad sehr gut geliert und beim Abkühlen weicher wird. Daher wird es sehr oft in der Lebensmittelindustrie für die Herstellung vorgekochter Gerichte verwendet, während es beim Kochen als Bindemittel eingesetzt wird.

Flüssiger Stickstoff Es lässt sich nicht verleugnen, dass das eindeutigste Element der Molekularküche das Bad in flüssigem Stickstoff ist. Eine Vielzahl an Lebensmittel können mit 196 Grad kaltem, flüssigem Stickstoff gefroren werden, was mit spektakulärer Dampfbildung einhergeht. Die Zutaten für Eis muss man mischen. Gibt man dann flüssigen Stickstoff hinzu, gefriert es sofort. So kann man auch Fleisch tiefgefrieren und haltbar machen.

Homogenisierung mit Ultraschall Für die Mischung von Materialien mit unterschiedlicher Polarität, wie zum Beispiel Essig und Öl, lässt sich die Homogenisierung mit Ultraschall effizienter als das mechanische Mischen einsetzen. Schwingungen von Schallwellen zwischen 20 kHz und 10 MHz versetzen das Material auf einer molekularen Ebene in Schwingungen. So können mehr Komponenten, wie Essig und Öl, vermischt werden und man kann perfekte Emulsionen herstellen.

Wusstest Du schon

• Eine Berührung kann auch die Geschmackswahrnehmung beeinflussen. Versuch es einmal! Probiere einen Löffel Eis mit geschlossenen Augen während Du gleichzeitig ein Stück Samt berührst. Du wirst merken, dass das Eis jetzt cremiger schmeckt. Dann reibe mit einem Stück Schmirgelpapier an Deiner Hand, während Du das Eis probierst. Merkst Du, dass die Konsistenz des Eises jetzt viel klumpiger ist?

Weltmeister der Molekularküche

TIPP • Wenn Du die Molekulargastronomie ausprobieren möchtest, besorge Dir ein paar Basiszutaten, mit denen Du ungewöhnliche Gerichte kreieren kannst. Zum Beispiel kannst Du mit Hilfe des „Spaghetti-Sets“ aus allen flüssigen Materialien Gerichte in Form von Spaghetti zaubern. Mit dem „Kaviar-Set“ kannst Du aus jeder Flüssigkeit kleine, bunte Kügelchen herstellen.

In der heutigen Zeit verwenden immer mehr berühmte Köche Verfahren der Molekulargastronomie, aber es war Heston Blumenthal, der den Titel „Weltbester Küchenchef“ erhielt. In seinem Restaurant in England können Gäste ausgefallene Gerichte wie knusprigen grünen Tee und Gaumenreiniger mit Limettengeschmack, marinierten Lachs nach Mignon Art mit japanischem Meeresalgen und VanilleMayonnaise oder Schnecken-Püree mit grüner Petersilie genießen.

Lasst uns im Vakuum kochen! Viele der kulinarischen Verfahren beginnen „im großen Stil“, d. h. dass sie zuerst in Großküchen und Restaurants angewendet werden und erst ein paar Jahre später den Hobbyköchen zur Verfügung stehen. Das gleiche gilt für das immer mehr in Mode kommende „Sous-Vide“ oder Vakuum-Kochen, welches ursprünglich nur von Michelin-Sterneköchen verwendet wurde, sich aber jetzt immer mehr verbreitet. Mit diesem Verfahren können leckere und gesunde Mahlzeiten zubereitet und wochenlang aufbewahrt werden. Hierbei werden die Zutaten, z. B. Fleisch, Schlachtnebenerzeugnisse oder Gemüse, vakuumverpackt und relativ lange, bis zu 72 Stunden, in Wasser bei einer konstanten und niedrigen Temperatur von ca. 60°C gekocht. Das Vakuum ist hierbei

sehr wichtig, da die Abwesenheit von Luft die Oxidation der Lebensmittel verhindert, diese somit Ihre Farbe nicht verändern und aerobe Bakterien, die für das Verderben der Lebensmittel verantwortlich sind, sich nicht im Lebensmittel vermehren können. Der Vorteil, bei niedriger und konstanter Temperatur zu kochen ist, dass das Wasser die Wärme langsam aber kontinuierlich auf die Lebensmittel übertragen kann, da Wasser die Wärme zehn Mal effizienter als Luft transportiert. Das Fleisch wird schmackhafter, da sich die thermische Zersetzung der Bestandteile bei 50 bis 60 Grad verringert und auch das Fett im Lebensmittel bleibt. Zu guter Letzt bleiben auch die Nährstoffe, Mineralien, Salze und Vitamine im Lebensmittel erhalten. Die

Temperatur und Kochzeit unterscheiden sich natürlich je nach Zutaten. Sie hängen hauptsächlich vom Schmelzpunkt der Fette im Fleisch und von den Proteineigenschaften ab. Rinderkamm muss man zum Beispiel bei 54,5 Grad Celsius ca. 24 Stunden kochen, Schlegel hingegen benötigen nur 4 - 8 Stunden bei 71 Grad. Einige Sous-Vide Lebensmittel, wie Gemüse, kann man sofort verzehren, Fleisch muss nur in ein paar Tropfen Öl frittiert werden. Wenn man diese Lebensmittel jedoch erst später verzehren möchte, dann muss man sie, nachdem man sie aus dem Wasser genommen hat, schockgefrieren. Das heißt, dass die Lebensmittel schlagartig auf unter 3 Grad gekühlt werden müssen. Dann können sie für 21 - 40 Tage sicher aufbewahrt werden.

Zahlen & Fakten 50% - Küchen, die regelmäßig die SousVide-Methode anwenden, sparen 50% Energie. 89

Druck‘ mir mein Mittagessen Das 3D-Drucken ist eine neue Technologie, die viele Bereiche unseres Lebens beeinflussen kann und auch vor der Küche nicht Halt macht. Diese bequeme und schnelle Methode wurde ursprünglich erfunden, um Prototypen, die am PC entworfen wurden, für die industrielle Produktion herzustellen. Später wurde diese Methode auch von der Lebensmittelindustrie entdeckt. Obwohl viele Menschen sich noch nicht vorstellen können, ein Steak zu essen, das aus einem 3D-Drucker kommt, so kann der Lebensmitteldrucker dennoch bald zur Grundausstattung einer Küche gehören.

Wie arbeiten 3D-Lebensmitteldrucker? 3D-Drucker erzeugen, Lage für Lage, ein besonderes Material, das in Kassetten gespeichert ist. Diese Lagen verbinden sich und es entstehen 3D-Objekte. Ein 3D-Lebensmitteldrucker arbeitet nach dem gleichen Prinzip. Der einzige Unterschied ist, dass das Material in den Kassetten durch essbares Material wie Kohlenhydrate, Proteinpulver und Vitamine ersetzt wurde. Der Drucker baut diese Komponenten übereinander, bis ein essbares Lebensmittel entstanden ist. Das Ausdrucken von Schokolade und Plätzchen ist für Firmen, die im Bereich des Lebensmitteldrucks zu Hause sind, schon lange kein Problem mehr. Kürzlich stellte der bekannte amerikanische Kokosnussplätzchenhersteller Oreo eine 3D-gedruckte Version seines Produkts vor. Derzeit arbeiten Entwickler daran, noch kompliziertere Lebensmittel wie Pizza, wo der Teig während des Druckens gleichzeitig gebacken werden muss, drucken zu können. Tomaten und anderer Belag kann allerdings erst nach dem Druck hinzugefügt werden. 90

Aber warum ist dies ein so revolutionäres Produkt? Auf der einen Seite kann man die Verschwendung von Lebensmitteln verhindern, da die Materialien in den Druckerkassetten nicht verderben können. In diesen „Lebensmittelkassetten“ befinden sich Kohlenhydrate, Proteine, Makro- und Mikronährstoffe, sowie Vitamine in Pulverform. Diese können bis zu 30 Jahre aufbewahrt werden. Ein anderer großer Vorteil ist die Herstellung gesunder, individueller und vielfältiger Nahrung. Das Rezept kann mit nur einem Knopfdruck auf den Endverbraucher, z. B. eine ältere Person, eine schwangere Frau, ein Kind oder eine Person, die eine besondere Diät einhalten muss, angepasst werden. Somit liegt der Fokus dieser neuen Technologie für die Küche nicht nur auf dem Komfort, sondern auf einem viel wichtigeren Faktor: die Ernährung wird individuell und Menschen, die eine besondere Diät einhalten müssen, können einfacher zufriedengestellt werden.

Wusstest Du schon • Die Technologie des 3D-Lebensmitteldrucks wird von der NASA, die einen Vertrag mit einem Hersteller dieser Drucker geschlossen hat, unterstützt, da die NASA dem Problem gegenüber stand, den Astronauten der Raumstation die richtige Menge an Lebensmitteln zur Verfügung zu stellen.

Du bist, was Du isst Diese Redewendung gilt schon seit Jahrtausenden. Viele Verunreinigungen gelangen durch das, was wir zu uns nehmen, in den Körper, während Nahrungsmittel gleichzeitig eine wichtige (und notwendige) Quelle für Nährstoffe sind. Daher ist es wichtig darauf zu achten, was wir essen. Eine abwechslungsreiche Ernährung ist entscheidend. Ein wichtiger Faktor hierbei ist, dass die Nährstoffe, die für die Funktionalität des Körpers wichtig sind, in ausreichenden Mengen aufgenommen werden, unabhängig davon, ob es Hauptnährstoffe (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) oder Mikro-Nähr-

stoffe (Spurenelemente, Vitamine, Antioxidantien) sind. Nahrungsmittel, die gut für die Gesundheit sind, oder funktionelle Lebensmittel, gelten auch als innovative Lebensmittel. Eines der ersten und immer noch am meist verkauften funktionellen Lebensmittel ist Jodsalz, da Jod ein wichtiges Element bei der Unterstützung der Schilddrüsenfunktion ist. Innovative Kochtechniken enthalten einen hohen Nährwert, da sie die aktiven gesunden Inhaltsstoffe erhalten und neue Möglichkeiten schaffen, unserem Essen gesundheitserhaltende Substanzen hinzuzufügen.

Diese Redewendung gilt schon seit Jahrtausenden.

Inhalt Einführung 2,3 Städtisches Leben

4,5

Die Zukunft des Wassers – wie kann die Wissenschaft unseren Durst löschen? 6-11 Saubere Luft mit wissenschaftlichen Methoden

12-19

Moderne Zukunftsstädte

20-31

Intelligente Energie

32,33

Neu überdachte Energiequellen

34-43

Lichtquellen der Zukunft

44-55

Neue Wege des Transports

56-67

Nachhaltige Nahrungskette

68,69

Wie können die zukünftigen Generationen ernährt werden?

70-77

Cleveres Lebensmittelverpacken von morgen

78-83

Wissenschaft in der Küche

84-91

Aufzeichnungen