ChemieXtra 7-8/2011 by SIGWERB GmbH

7–8 / 2011

Juli/August 2011

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

Intrroduciing the ACQUITY UPLC I-Class System Waters Wate r has cre reat ated ed the hig ighe hest st per erfo form rmin ingg UP UPLC LC® eve verr en engi gine neer ered ed.. Si Sign gnif ific ican antl tlyy imp mpro rove vedd chrooma ch mato togr grap aphi hicc perf rfor orma manc ncee gi give vess yo youu mo more re c on onfi fide denc ncee in you ourr re resu sult ltss an andd al allo lows ws you to geet th the mo most st sen ensi siti tivi vity ty fro rom m yo your ur mas asss sp spec ectr trom omet eter er. Bu Butt fo forr th thee sc scie ient ntis ists ts who wan antt answers to t the mos ostt co comp mple lexx ch chal alle leng nges es, th thee AC ACQU QUIT ITY Y UP UPLC LC® I-C -Cla lass ss is si simp mply ly abo bout ut one thing. Opppor ortu tuni nity ty. Le Lear arnn mo more re at wa wate ters rs.com com/i /icl clas asss Scan this QR code with your smartphone for exclusive content. ©2011 Waters Corporation. Waters, UPLC and ACQUITY UPLC are registered trademarks of Waters Corporation. The Science of What’s Possible is a trademark of Waters Corporation.

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EDITORIAL

Herzlich willkommen Der Verlag und die Redaktion freuen sich über das Erscheinen der ersten Ausgabe von

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«ChemieXtra». Was in monatelanger Arbeit vorbereitet wurde, liegt jetzt vor Ihnen, liebe Leserin, lieber Leser. Wir wünschen Ihnen viel Spass beim Lesen. Selbstverständlich warten wir gespannt auf Ihre Anregungen und auf aufbauende Kritik. Denn wir wollen unsere Fachzeitschrift laufend verbessern. Bei «ChemieXtra» ist der Name Programm: Einerseits berichten wir ausführlich über das, was in der Chemiebranche sowie in den angrenzenden Bereichen läuft, andererseits wollen wir Sie mit «Xtras» verwöhnen. Dass dies vor allem übers Internet geschehen wird, ist kein Zufall: Unter Extras verstehen wir insbesondere eine verstärkte Nutzung der Möglichkeiten dieser nicht mehr wegzudenkenden Informationsplattform – immer in Kombination mit der Printausgabe. Wir sind überzeugt, dass gerade im Fachzeitschriftenbereich die Möglichkeiten dieses «neuen» Mediums bei Weitem nicht ausgeschöpft werden. Der Inhalt von www.chemiextra.com, unserer sich im Aufbau befindenden Homepage, wird laufend erweitert und damit attraktiver werden. Es

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versteht sich von selbst, dass wir noch etwas Zeit benötigen, um alles gemäss unseren hochgesteckten Vorstellungen zu realisieren. Einen Anfang haben wir gemacht. Schauen Sie doch rein, bilden Sie sich ein Urteil und freuen Sie sich auf das, was noch kommen wird. Einigen von Ihnen, liebe Leserinnen, liebe Leser, könnte das Vorstehende bekannt vorkommen. Es handelt sich nämlich zu fast 100 Prozent um ein Eigenplagiat: Ich habe diesen Text bereits im Editorial der ersten Nummer von «KunststoffXtra» verwendet, der Schwesterzeitschrift von «ChemieXtra», die im März 2011 erschienen ist. Der Grund ist einfach: Hinter beiden Publikationen steht nahezu das gleiche erfahrene Team mit den gleichen hochgesteckten Zielen. Was für «KunststoffXtra» gilt, gilt deshalb auch für «ChemieXtra».

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Kurt Hermann, Redaktor redaktion@sigwerb.com 7– 8 / 2011

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I N H A LT S V E R Z E I C H N I S

CHEMIE

Gegen multiresistente Krankheitserreger

Antibiotikaresistenz ist ein weltweites Problem. Dem ist mit der antibiotischen Wirkung einer neuen Substanz allein kaum mehr Herr zu werden, neue Wirkmechanismen sind erforderlich. Sie stehen im Mittelpunkt der Antibiotikaforschung – dabei setzen Bochumer Chemiker jetzt auf Metallverbindungen.

Druckauflage 12000 Exemplare ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

In der Lebensmittelindustrie gelten strenge gesetzliche Vorschriften und Richtlinien zum Schutz der Verbraucher. Dabei spielen die Faktoren Hygiene und Rückverfolgbarkeit eine wichtige Rolle. In diesen Prozessen zählen Waagen zu den Standard-Messgeräten; ihre Ergebnisse fliessen in die Qualitätssicherung ein.

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DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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Am 22. Juni 2011 feierte die Eawag ihr 75-jähriges Bestehen mit einem Infotag unter dem Titel «Gesundes Wasser – ein Balanceakt zwischen Mensch und Umwelt». Denn zum Balanceakt wird ein nachhaltiger Umgang der Gesellschaft mit Gewässern, Trink- und Abwasser im Zeichen von begrenzten Ressourcen und Klimawandel je länger umso mehr.

Juli/August 2011

75 Jahre Wasserforschung an der Eawag

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UMWELT

Tel. +41 (0)56 676 70 00 Fax +41 (0)56 676 70 49 Email: waters_schweiz@waters.com www.waters.com

CHEMIE

Neue Wirkstoffe gegen multiresistente Krankheitserreger

Antibiotika aus der «anorganischen Molekülküche» Kommt ein neues Antibiotikum auf den Markt, lassen dagegen resistente Bakterien nicht lange auf sich warten. Ein Wettlauf, der sich zunehmend beschleunigt: Antibiotikaresistenz ist mittlerweile ein weltweites Problem. Dem ist mit der antibiotischen Wirkung einer neuen Substanz allein kaum mehr Herr zu werden, neue Wirkmechanismen sind erforderlich. Sie stehen im Mittelpunkt der Antibiotikaforschung – dabei setzen Bochumer Chemiker jetzt auf Metallverbindungen.

Wirkstoffe, verglichen mit vielen Tausend rein organischen Verbindungen.

modernen Chemotherapie. Und die Verbindung mit dem Laborcode Ehrlich 606 leitete als Salvarsan eine der ganz grossen Erfolgsgeschichten der modernen Medizin ein. Antibiotika retteten seither Millionen Menschenleben vor heute banal erscheinenden bakteriellen Erkrankungen wie etwa Wundinfektionen.

Die Erfolgsgeschichte der Antibiotika setzte sich fort mit Sulfonamiden, Penicillin und seinen Derivaten (und einem weiteren Nobelpreis für A. Fleming) sowie später mit Tetracyclinen und Chinolonen. Bis in die 70er-Jahre des letzten Jahrhunderts wurden neue Klassen von Antibiotika entdeckt und für den klinischen Einsatz optimiert. In diesen «goldenen Jahrzehnten» der Antibiotikaforschung schien der Schrecken vor bakteriellen Infektionen ein für allemal genommen. Universitäre wie industrielle Forschung widmeten sich anderen, scheinbar lukrativeren Krankheitsbildern wie Diabetes, Alzheimer und Krebs. Doch die Sicherheit war trügerisch, denn Bakterien entwickeln Resistenzen gegen Antibiotika. Seit Mitte der 1990er-Jahre nimmt die Zahl der bakteriellen Infektionen durch multiresistente Erreger, sogenannter superbugs (zum Beispiel MRSA: methicillin resistant Staphylococcus aureus), nicht nur in Krankenhäusern rasant zu (Bild 2 b). Allein in den USA starben im Jahre 2009 rund 40 000 Menschen an MRSA-Infektionen und damit mehr als durch Verkehrsunfälle.

Das erste Erfolgsmolekül der Chemotherapie

Gesucht: Substanzen mit neuen Wirkmechanismen

Salvarsan enthält neben den üblicherweise in Biomolekülen vorkommenden Elementen wie Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff auch Arsen – ein Halbmetall, welches als typisch «anorganisch» gilt. Es ist eine schöne Fussnote der Medizingeschichte, dass gerade das erste Erfolgsmolekül der Chemotherapie eine anorganische Verbindung ist. Bis heute gibt es nur eine kleine Handvoll solcher

In dieser Situation helfen nicht allein neue Substanzen mit antibiotischer Wirkung, die Verbindungen müssen möglichst auch neue Wirkmechanismen aufweisen. Nur so lassen sich Resistenzmechanismen in Bakterien umgehen. Die erste Aufgabe – die Synthese von Substanzen mit neuen Molekülstrukturen – wird zweifelsfrei von Chemikern bearbeitet werden müssen. Ob diese dann

Bild 1: Der Chemiker Malay Patra an einem Gerät zur Reinigung neuer antibiotisch wirksamer Metallverbindungen.

Nils Metzler-Nolte 1) Als der Chemiker Sahachiro Hata am Institut für experimentelle Therapie in Frankfurt a. M. im September 1909 zur Besprechung mit seinem Chef geht, bringt er eine gute Nachricht mit. Nach jahrelangem Suchen und der Synthese hunderter verschiedener chemischer Verbindungen hatte er endlich eine entdeckt, mit der es gelingt, Ratten zu heilen, die zuvor mit einer tödlichen Menge des Syphilis-Erregers Treponema pallidum infiziert wurden. Die Verbindung mit der laufenden Nummer 606 wird das erste kommerziell verfügbare Antibiotikum der Welt. Der Leiter des Forschungsprojektes, Nobelpreisträger Paul Ehrlich, gilt als Vater der 1) Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte, Ruhr-Universität Bochum

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Bild 2 a/b: Zulassung neuer Antibiotika seit 1930 pro Dekade (links) und Auftreten von bakteriellen Infektionen mit multi-resistenten Erregern in Neuseeland (MRSA, rechts).

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Aktivität zu. Die korrekte Synthese wird daher durch die Stereozentren zusätzlich erschwert. So gelang zwar einer kalifornischen Arbeitsgruppe bereits 2007 die chemische Totalsynthese von Platensimycin, doch sie erforderte über zwanzig Einzelschritte. Die Gesamtausbeute lag weit unter zehn Prozent, was für eine industrielle Synthese nicht akzeptabel ist.

Operationen auf der «Osthälfte» Genau hier setzen unsere Untersuchungen an mit dem Ziel, die Osthälfte des Platensimycin-Moleküls komplett durch eine völlig andere, einfacher zu synthetisierende, aber in ihrer physiologischen Wirkung vergleichbare Gruppe zu ersetzen. Für uns als anorganische Chemiker kam hierfür nur ein Metallkomplex in Frage. Damit würde sich nicht nur die Synthese erheblich vereinfachen. Durch die besonderen Eigenschaften des Metallatoms, welches ja in der biologischen Umgebung einzigartig ist, ergäben sich darüber hinaus zusätzliche Möglichkeiten zum Studium der Struktur-Wirkungs-Beziehung (structure activity relationship, SAR) solcher Fettsäuresynthese-Inhibitoren. Und, last but not least, erhoffen wir weitere unerwartete, über die Fettsäuresynthese-Hemmung hinausgehende antibakterielle Wirkungen, wenn ein biologisch «fremdes» Metallatom in ein Biomolekül eingefügt wird. Nach einigen vergeblichen Versuchen mit anderen Metallen gelang uns der erste Erfolg mit der Synthese eines chromhaltigen Metallo-Platensimycinderivats (Bild 5). Die in acht Syntheseschritten hergestellte Verbindung erwies sich als moderat aktiv gegen mehrere Bakterienstämme. Wenngleich sie nicht so aktiv wie Platensimycin selbst war,

konnten wir damit Studien zum Wirkmechanismus durchführen. Analog dem Platensimycin wirkt auch unsere Verbindung spezifisch gegen Gram-positive Bakterien. Es gelang uns, die Molekülstruktur des Chrom-Platensimycins mit atomarer Auflösung mittels Röntgenbeugung zu bestimmen. Auf der Basis dieser Daten und der publizierten Struktur des FabF-Enzyms erstellten wir im Computer ein Modell, welches die Wechselwirkung des Chrom-Platensimycinderivats mit dem bakteriellen Enzym erklärt. Eine genaue Analyse dieser Strukturdaten zeigt, dass das Chrom-Platensimycin in der Tat wie erhofft mit der «Westhälfte» des Moleküls in die Tasche des FabF-Enzyms binden

Bilder 1–3 und 6–8: RUB

tatsächlich einen neuen Wirkmechanismus besitzen, muss die biologische Prüfung zeigen. Dieser zweite Schritt erfolgt in interdisziplinärer Zusammenarbeit mit Mikrobiologen und gegebenenfalls Medizinern. Leider ist die Suche nach solchen Antibiotika alles andere als trivial und erfolgt in der Regel nach dem Prinzip «Versuch-undIrrtum». Eine kleine Sensation in der Antibiotikaforschung war daher ein Bericht in der renommierten Zeitschrift «Nature» im Jahre 2006: Unter tausenden von Substanzen identifizierten Forscher der Firma Merck eine Verbindung mit starker antibiotischer Wirkung, die in der Tat auf einem neuartigen Wirkmechanismus basiert. Isoliert aus dem Bakterium Streptomyces platensis, erhielt die Substanz den Namen Platensimycin. Sie verhindert die Synthese von Fettsäuren in den Bakterien, indem sie das Enzym FabF blockiert (Fab – fatty acid biosynthesis), was die Bakterien letztlich abtötet. Platensimycin ist ein mittelgrosses organisches Molekül mit einer sehr komplexen Struktur (Bild 4). Der linke Teil des Moleküls – die sogenannte «Westhälfte» – besteht aus einem sechsgliedrigen Kohlenstoffring. Dieser flache Teil des Moleküls schiebt sich tief in eine Tasche des FabF-Enyzms (Bild 6). Struktur-Aktivitäts-Untersuchungen haben gezeigt, dass dieser Teil nicht verändert werden darf, ohne die Aktivität des Moleküls zu verlieren. Der rechte Teil des Moleküls, die «Osthälfte», ist flexibler und toleriert auch Veränderungen. Er besteht aus mehreren Ringen, die ein dreidimensionales Gebilde ergeben. Der exakte räumliche Aufbau dieses Molekülteils ist über sechs Kohlenstoffatome, den Stereozentren, genau festgelegt. Wie bei vielen Naturstoffen lässt erst die genaue Kenntnis der räumlichen Anordnung an den Stereozentren Aussagen über deren

Bild 3: Heute unentbehrlich im Labor – der computergesteuerte Syntheseautomat; im Hintergrund Nils Metzler-Nolte und eine Mitarbeiterin.

CHEMIE

Bild 4: Die komplexe räumliche Struktur der Substanz Platensimycin erschwert die industrielle Synthese als Antibiotikum: Der linke Teil des Moleküls besteht aus einem sechsgliedrigen Kohlenstoffring und darf nicht verändert werden («Westhälfte»). Der rechte Teil ist flexibler und toleriert Veränderungen («Osthälfte»).

kann. Allerdings wird durch das Chromatom die Anordnung der Atome in der «Osthälfte» des Moleküls so verändert, dass nicht alle Wechselwirkungen mit dem Enzym in gleicher Weise wie in Platensimycin realisiert werden können, was möglicherweise die verminderte Wirkstärke erklärt. Eine weitere Analyse der verfügbaren Strukturdaten zeigt jedoch, dass sich im FabFEnzym noch eine «Tasche» befindet, die nicht von Platensimycin ausgefüllt wird, aber vielleicht für Wechselwirkungen mit einem Enzyminhibitor genutzt werden könnte (Bild 6).

Bisher nur Hinweise auf den Wirkmechanismus Die bisherigen Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Metallo-Platensimycinderivate in den Bakterien ähnlich wie Platensimycin wirken. Ein direkter Beweis ist jedoch schwierig, da wir den Molekülen auf ihrem Weg in die Bakterien nicht unmittelbar zuschauen können. Da aber Chrom in Bakterien natürlicherweise nicht vorkommt, müssten sich die Moleküle über ihren Metallkomplex spektroskopisch in den Bakterien nachweisen lassen. So haben wir Bakterien der Gattung Bacillus subtilis mit Chrom-Platensimycin-Konzentrationen unterhalb der tödlichen Dosis behandelt, die

Bakterien dann gezielt abgetötet und in ihre Bestandteile aufgetrennt, zum Beispiel in Zellmembranen, Zellinneres, lösliche und unlösliche Bestandteile. In den einzelnen Fraktionen bestimmten wir die jeweils vorhandene Menge Chrom mithilfe der AtomAbsorptions-Spektroskopie (AAS) – eine Technik, mit der sich Elemente selbst in Spurenmengen selektiv und quantitativ bestimmen lassen. Das Ergebnis: Die Bakterien hatten erhebliche Mengen an Chrom aufgenommen, jedoch sehr ungleich verteilt in den einzelnen Fraktionen. Das meiste Chrom war in den Zellmembranen nachweisbar. Da sich auch die FabF-Enzyme der Fettsäuresynthese in der Zellmembran befinden, kann dies zumindest als ein weiterer Hinweis auf den Wirkmechanismus angesehen werden.

Ein Fingerabdruck der Wirkung des Antibiotikums Informationen über die Funktion einer Verbindung erhält man aber auch über die Analyse des zellulären Geschehens in den

Bilder 4 und 5: RUB/Kurt Hermann

Das Metallatom hierfür auf der richtigen Seite des Moleküls zu platzieren, ist eine Herausforderung für die chemische Synthese. Zunächst haben wir geeignete Synthesemethoden erarbeitet; schliesslich gelang die Synthese des Zielmoleküls in Form eines Eisen-Platensimycinderivats. Das Ergebnis dieser Synthese mit der «richtigen» Anordnung des Metallatoms zeigt Bild 7. Wie erwartet füllt das in der Struktur nach unten

zeigende Metallatom die Tasche gut aus (Bild 7), und es resultiert ein aktives Molekül. Wenn sich das Metallatom jedoch auf der «falschen» Seite über der Ebene des angrenzenden Rings befindet, dann liegt es auch im Enzym auf der falschen Seite. Weil dort zu wenig Platz ist, verliert diese Verbindung ihre Wirksamkeit.

Bild 5: Auch die erste synthetisierte metallhaltige Verbindung, ein chromhaltiges Metallo-Platensimycinderivat, folgt in seiner Struktur mit «Osthälfte» und «Westhälfte» dem Original-Platensimycin. Während die Westhälfte» unverändert bleibt, befindet sich in der «Osthälfte» eingebettet das Chromatom (grün).

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Bild 6: Modell I: Platensimycin bindet mit der «Westhälfte» des Moleküls tief in die Tasche des bakteriellen FabF-Enzyms. Dieser Molekülteil ist in der Mitte nach oben hin im Enzym verborgen. Zu erkennen sind zwei wichtige Wechselwirkungen der «Osthälfte» von Platensimycin mit dem FabF-Enzym (gelb gestrichelt) und eine zweite freie Tasche des Enzyms links vom Platensimycin.

Bakterien unter Behandlung mit dem Antibiotikum. Die Technik der Proteomik umfasst die qualitative und quantitative Analyse aller Proteine, die zu einem gegebenen Zeitpunkt in den Bakterien vorhanden sind. Für unsere Fragestellung besonders interessant ist der Vergleich der Proteomdaten unter Behandlung mit verschiedenen Antibiotika, darunter Platensimycin und die neuen Metallo-Platensimycinderivate. Diese Arbeiten erfolgten in Kooperation mit der Gruppe von Julia Bandow in der Fakultät für Biologie und Biotechnologie der RuhrUniversität. Ein repräsentatives Ergebnis in Form eines 2D-Gels zeigt Bild 8: Hier ent-

Bild 7: Modell II: Das bronzefarbene Eisenatom des Eisen-Platensimycinderivats füllt hier die linke freie Tasche im bakteriellen FabF-Enzym gut aus und ist somit optimal positioniert. Nach oben hin fände der grosse Eisenkomplex nicht genug Platz. Das Molekül würde nicht gut an das FabF-Enzym binden und seine Wirksamkeit verlieren.

spricht jeder Punkt einem Protein. Grüne Punkte zeigen Proteine an, die gegenüber der unbehandelten Probe unter Antibiotikabehandlung vermehrt vorhanden sind, rote Punkte stehen für Proteine, die unter Antibiotikabehandlung weniger oder gar nicht mehr produziert werden. Ein solches 2D-Gel ist somit ein Fingerabdruck der Wirkung des Antibiotikums auf molekularer Ebene. Zum einen hat jedes Antibiotikum seinen eigenen Fingerabdruck, das heisst, ein ganz eigenes Rot-grünMuster in dem 2D-Gel. Antibiotika mit ähnlichem Wirkmechanismus, wie zum Beispiel unterschiedliche Aminoglycoside, haben hingegen sehr ähnliche Fingerabdrücke. Bei den mit Platensimycin und Chrom-Platensimycin behandelten Bakterien der Art B. subtilis ergaben Proteomanalysen jedoch keine Ähnlichkeiten in den 2D-Gelen. Auch keines der anderen Zeiger-Proteine für die Fettsäure-Biosynthese wird bei der Behandlung durch die Chromverbindung als roter Punkt sichtbar. Das Proteinmuster entspricht keinem Muster von bisher untersuchten antibiotischen Substanzen.

benötigen unsere Partner neue, in ihrer chemischen Struktur leicht veränderte Substanzen. Die Frage nach dem Einfluss des Metalls ist dabei besonders relevant. Darüber hinaus gilt es, die Proteine, die nur bei Behandlung mit den neuen Metallo-Platensimycinderivaten verändert werden, genau zu identifizieren. Die neuen Metallverbindungen wecken grosse Hoffnungen, auch neue antibakterielle Wirkmechanismen identifizieren zu können. Ein Konsortium von Firmen aus NRW, mit dem wir kooperieren, soll die Entwicklung solcher innovativen Antibiotika vorantreiben. Doch selbst bei vollständiger Identifikation eines neuen Wirkmechanismus müssen wir mit etwa zehn Jahren rechnen, bis ein solches Antibiotikum als Medikament in der Apotheke erhältlich wäre. Gut hundert Jahre nach der Entdeckung von Salvarsan im Labor von Paul Ehrlich könnten dann jedoch metallhaltige Antibiotika in der Medizin zu neuem Ruhm gelangen. Quelle: «Rubin», Frühjahr 2011, Seiten 8–13, herausgegeben von der RuhrUniversität Bochum.

Ein neuer unbekannter Wirkmechanismus

Bild 8: Molekularer Fingerabdruck von Antibiotika im Bakterium B. subtilis: Die roten und grünen Punkte stehen für Proteine, die unter Behandlung mit einem Antibiotikum verringert (rot) bzw. vermehrt (grün) gebildet werden. Jedes Antibiotikum hat seinen eigenen Fingerabdruck, sein ganz eigenes Rot-Grün-Muster.

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Dieses Ergebnis ist hochspannend, da sich hinter den Proteinen, die nur unter ChromPlatensimycin-Behandlung in veränderter Menge produziert werden, bzw. hinter den nur in diesen 2D-Gelen vorkommenden roten oder grünen Punkten, möglicherweise ein neuer, bisher noch unbekannter Wirkmechanismus verbirgt. Um diese StrukturWirkungsbeziehungen zu untersuchen,

Kontakt Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte Fakultät für Chemie und Biochemie Ruhr-Universität Bochum NC 3/70 Universitätsstrasse 150 D-44801 Bochum Telefon +49 (0)234 32 24153 nils.metzler-nolte@rub.de www.chemie.rub.de 7

CHEMIE

Stickstofffixerung unter milden Bedingungen

Neue Katalysatoren für die Ammoniaksynthese

Bild: Wikipedia (Sven)

90 Prozent der weltweit eingesetzten Düngemittel werden aus Ammoniak hergestellt, dessen industrielle Produktion nach dem Haber-Bosch-Verfahren mehr als ein Prozent des Weltenergieverbrauchs verschlingt. Auf dem Weg zur Entwicklung leistungsfähiger Katalysatoren zur energieeffizienteren industriellen Stickstofffixierung hat ein Team von Chemikern der Goethe-Universität und der Universität Erlangen nun eine wichtige Hürde genommen.

Bild 1: Das Haber-Bosch-Verfahren wird industriell in grossen Anlagen angewendet, um preiswert Ammoniak zu gewinnen. Das Schema zeigt den Aufbau einer solchen Anlage.

Pflanzen benötigen Stickstoff für ihr Wachstum, sind allerdings nicht in der Lage, das in der Atmosphäre nahezu unbegrenzt verfügbare N2-Gas zu verwerten. Hierzu sind sie vielmehr auf symbiotisch lebende Mikroorganismen angewiesen, die Luftstickstoff mit Hilfe des Enzyms Nitrogenase in Ammoniak umwandeln («Stickstofffixierung») und den Boden mit pflanzlich nutzbaren Ammoniumverbindungen anreichern. Die Leistungsanforderungen der modernen Agrarwirtschaft lassen sich jedoch nur durch zusätzliche Versorgung des Bodens mit erheblichen Mengen stickstoffhaltiger Düngemittel erreichen.

Reaktionsträger Luftstickstoff «Wegen der ausgeprägten Reaktionsträgheit von Luftstickstoff gelingt die Reaktion mit Wasserstoff in der industriellen Ammoniaksynthese derzeit nur unter drastischen Bedingungen – aktuelle Prozesse benötigen 8

Temperaturen von 450 °C und Drücke von 300 bar», erklärt Max Holthausen vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Goethe-Universität (Bild 1). «Angesichts der milden Bedingungen, unter denen Bodenbakterien diesen Prozess durchführen, stellt die Entwicklung eines chemischtechnischen Analogons seit langer Zeit ein wichtiges Forschungsgebiet für die metallorganische Chemie dar.» Für die synthetische Herstellung von Ammoniak sind zwei gewaltige Hürden zu überwinden: Zunächst muss das N2-Gas aus der Luft durch Spaltung der äusserst starken N–N-Dreifachbindung an einem Metallzentrum chemisch aktiviert werden. Im Anschluss müssen so gebildete, metallgebundene N-Atome («Nitride») mit Wasserstoff zur Reaktion gebracht werden («Hydrogenolyse»), so dass NH3 gebildet wird. «Dabei tritt ein grundsätzliches Dilemma auf», so Sven Schneider vom Lehrstuhl für Anorga-

nische und Allgemeine Chemie der Universität Erlangen-Nürnberg: «Gelingt die N2Spaltung im ersten Schritt, so ist das gebildete Nitrid in der Regel derart stabil, dass es gar nicht erst weiterreagiert.» Während der erste Schritt in der Vergangenheit unter milden Bedingungen realisiert werden konnte, waren für den zweiten Reaktionsschritt bislang keine Beispiele bekannt.

Reaktion unter milden Bedingungen In einer kombinierten experimentellen und theoretischen Studie berichtet das Forscherteam erstmalig über die Reaktion eines Metallnitrids mit Wasserstoff zu Ammoniak unter sehr milden Reaktionsbedingungen (50 °C, 1 bar H2-Druck). Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Verwendung eines Metallkatalysators mit «kooperativem Pinzettenliganden.» 7– 8 / 2011

Bild: zvg

Kann ein Ort die Arbeitssicherheit auf allen Kontinenten verbessern

Bild 2: Reaktionszyklus der Ammoniaksynthese aus einem Azid und Wasserstoffgas unter milden Bedingungen.

Sicherheit am Arbeitsplatz ist ein Thema, das keine Grenzen kennt. Die A+A in Düsseldorf bringt für Sie den Weltmarkt zusammen. Willkommen auf der größten und bedeutendsten Fachmesse der Branche.

Die quantenchemische Analyse des Reaktionsgeschehens zeigt, dass die Spaltung der H–H-Bindung nicht allein am Metallzentrum des Katalysators erfolgt, sondern dass das Zusammenwirken mehrerer Bausteine des Katalysators die Reaktion drastisch beschleunigt. Die gegenwärtig verwendeten Katalysatoren erlauben noch nicht die Verwendung von N2-Gas als Stickstoffquelle, sondern verwenden hierzu Azide (Bild 2). Aus Sicht der Grundlagenforschung stellt diese Arbeit allerdings einen Meilenstein zur Realisierung einer chemisch-technischen Variante der Stickstofffixierung dar und weist neue Wege zur Entwicklung von Katalysatoren für die Herstellung von Ammoniak aus N2 und H2 unter milden Reaktionsbedingungen.

18. - 21. Oktober 2011 Düsseldorf, Germany

Quelle: Goethe-Universität Frankfurt am Main Originalpublikation Björn Askevold et al., «Ammonia formation by metal–ligand cooperative hydrogenolysis of a nitrido ligand», Nature Chemistry 2011 [3], 532–537.

Persönlicher Schutz, betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit Internationale Fachmesse mit Kongress

Kontakt Prof. Max Holthausen Goethe-Universität Institut für Anorganische und Analytische Chemie Max-von-Laue-Strasse 7 D-60438 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 798-29412 Max.Holthausen@chemie.uni-frankfurt.de www.uni-frankfurt.de 7– 8 / 2011

www.AplusA.de Messe Düsseldorf GmbH Postfach 10 10 06 40001 Düsseldorf Germany Tel. +49 (0)2 11/45 60-01 Fax +49 (0)2 11/45 60-6 68 www.messe-duesseldorf.de

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Neue Funktion proteingebundener Wassermoleküle

Protonentransfer im Membranprotein aufgeklärt Forscher der Ruhr-Universität Bochum um Klaus Gerwert vom Lehrstuhl für Biophysik konnten den schwierigen Nachweis erbringen, dass ein Protein einzelne Wassermoleküle für wenige Sekundenbruchteile zu einer Kette anordnet, um Protonen gezielt leiten zu können. Mithilfe der Vibrationsspektroskopie und biomolekularer Simulationen haben die Forscher erstmals vollständig den Mechanismus aufgeklärt, mit dem ein Membranprotein Protonen durch die Zellmembran pumpt. Sie zeigten, dass proteingebundene Wassermoleküle hierfür eine entscheidende Rolle spielen.

Bestimmte Proteine können Protonen von einer Seite der Zellmembran (Aufnahmeseite) auf die andere transportieren (Abgabeseite), was einen zentralen Prozess der Energieumwandlung in der Biologie darstellt. In früheren Veröffentlichungen [2, 3] konnten die Forscher des Lehrstuhls für Biophysik bereits zeigen, dass die proteingebundenen Wassermoleküle auf der Abgabeseite im Ruhezustand optimal angeordnet sind, um Protonen abzugeben.

Um die abgegebenen Protonen zu ersetzen, müssen an der anderen Seite des Proteins neue Protonen aufgenommen werden. Die Bochumer Forscher fanden heraus, dass sich zu diesem Zweck an der Aufnahmeseite eine Kette von gerade mal drei Wassermolekülen für nur wenige Tausendstel einer Sekunde bildet, um die Protonen ins Proteininnere zu leiten.

Das Wasser gibt die Richtung vor Das Protein schlägt dabei zwei Fliegen mit einer Klappe: In der Abgabephase sind die Wassermoleküle ungeordnet, was einen Protonentransport in die falsche Richtung verhindert. Nur in der Aufnahmephase sind sie korrekt ausgerichtet und können Protonen leiten. Diese Ergebnisse lösen das Rätsel, warum die Protonenleitung an der Auf10

Bild: LS Biophysik

«Die Protonen werden wie bei umfallenden Dominosteinen vom Protein angestossen und infolgedessen heraus befördert», erklärt Gerwert. Unklar blieb jedoch, wie das Protein wieder in den Ausgangszustand zurückgesetzt wird, um einen neuen Pumpzyklus starten zu können.

Bild 1: Drei proteingebundene Wassermoleküle (rot-weiss) leiten ein Proton von oben nach unten.

nahmeseite nur in eine Richtung funktioniert und das Protein somit effektiv und gerichtet pumpen kann. «Die vorliegende Arbeit bildet mit den beiden vorherigen eine Trilogie, die den Protonenpumpzyklus vollständig mit atomarer Auflösung erklärt» resümiert Gerwert. Um die Prozesse auf Nanoebene mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung verfolgen zu können, kombinierten die Forscher

experimentelle Physik mit theoretischer Chemie. Steffen Wolf simulierte zunächst die strukturellen Änderungen im Protein mittels biomolekularer Computersimulationen (Molekulardynamik-Simulationen). Erik Freier wies die Effekte anschliessend experimentell mit einer von Gerwert entwickelten Form der Vibrationsspektroskopie (zeitaufgelöste step-scan FTIR-Spektroskopie) nach. «Dieses interdisziplinäre Wechselspiel war der Schlüssel zum Erfolg», so 7– 8 / 2011

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Gerwert. «Es hat sich gezeigt, dass die einzelnen Komponenten des Proteins so präzise aufeinander abgestimmt sind wie Zahnräder einer Maschine.»

Wie in Wasser, so im Protein Die drei Wassermoleküle werden vom Protein geschickt so angeordnet, dass sie Protonen nach dem aus der physikalischen Chemie bekannten Grotthus-Mechanismus leiten. Diesen Mechanismus beschrieb Nobelpreisträger Manfred Eigen in den Fünfzigerjahren, um den sehr schnellen, ungerichteten Protonentransport in Wasser zu erklären. Aus den Bochumer Publikationen ergibt sich überraschenderweise, dass Aminosäuren gemeinsam mit proteingebundenen Wassermolekülen diesem sehr schnellen Transport eine Richtung geben können. Gerwerts Team konnte somit die Ergebnisse von Eigen erweitern und auf die Proteinforschung übertragen.

Die Bochumer Forscher arbeiteten vor allem mit dem Membranprotein Bakteriorhodopsin, mit dem bestimmte Bakterien eine urtümliche Form der Fotosynthese ausführen. Bakteriorhodopsin baut ein Protonenkonzentrationsgefälle auf, indem es Protonen aus dem Zellinneren nach aussen transportiert. Dieses Gefälle nutzen andere Proteine zur Produktion von ATP, dem universellen Kraftstoff der Zellen. Um die Lichtenergie effektiv zu nutzen, ist es wichtig, dass der Protonentransport eine spezifische Richtung besitzt und dass ein spontaner Rückfluss von Protonen verhindert wird. Quelle: Ruhr-Universität Bochum Originalpublikationen [1] Erik Freiera, Steffen Wolf, and Klaus Gerwert, «Proton transfer via a transient linear water-molecule chain in a membrane protein», PNAS, early edition doi: 10.1073/pnas.1104735108 (2011).

[2] Steffen Wolf, Erik Freier, Meike Potschies, Eckhard Hofmann, and Klaus Gerwert, «Directional Proton Transfer in Membrane Proteins Achieved through Protonated Protein-Bound Water Molecules: A Proton Diode», Angew. Chem. Int. Ed. 49, 6889– 6893 (2010). [3] Florian Garczarek1 and Klaus Gerwert, «Functional waters in intraprotein proton transfer monitored by FTIR difference spectroscopy». Nature 439, 109–112 (2006). Kontakt Prof. Dr. K. Gerwert Ruhr-University Bochum Lehrstuhl für Biophysik Universitätsstrasse 150 D-44780 Bochum Telefon +49 (0)234-32-24461 gerwert@bph.rub.de www.bph.rub.de

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Chemische Katalyse

Ohne Wasser geht es nicht Wasser ist nicht nur elementarer Bestandteil biologischer Systeme, sondern kann auf vielfältige Weise auch einen Einfluss auf diese haben, zum Beispiel durch die Beteiligung an katalytischen Reaktionen. Forscher der Universität Basel konnten die katalytische Aktivität eines einzelnen Wassermoleküls in einer Protonentransferreaktion durch Kombination experimenteller Daten und computergestützter Simulationen nachweisen und die Vorgänge auf molekularer Ebene aufklären.

Bild: Meuwly

lekularer Ebene ist hier aber schwierig, da es sich in der Regel um kurzlebige Prozesse handelt.

Modelluntersuchungen an Ferredoxin I Ein Forscherteam um Markus Meuwly vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Basel hat eine neue Methode entwickelt, PT-Reaktionen in Proteinen durch Simulationen zu untersuchen. Sie hat die Methode auf das gut beschriebene Protein Ferredoxin I aus dem Bodenbakterium Azotobacter vinelandii angewandt. Bild 1: Protontransfer von der Aspartatseitenkette via Relay-Wassermolekül auf den [3Fe4S]-Cluster. Das Protein ist schematisch, die involvierten Atome sind als Kugelmodell dargestellt.

Gegenstand der computergestützten Chemie sind neben der Berechnung der elektronischen Struktur einer Verbindung auch die der Bewegung der einzelnen Atome, aus denen eine Verbindung besteht. Simulationstechniken erlauben es heute, die Bewegung von Molekülen und Systemen mit bis zu einer Million Atomen unter Berücksichtigung einer realistischen Umgebung qualitativ zu beschreiben. Diese Techniken kommen zum Beispiel bei der Untersuchung von Systemen zum Einsatz, die experimentell nur schwierig zugänglich sind. Protonentransferreaktionen (PTReaktionen) sind Reaktionen, bei denen ein positiv geladenes Wasserstoffatom (ein Proton) von einem Reaktionspartner auf den anderen übertragen wird. Hierfür wird oft die Beteiligung von Wasser diskutiert, ein direkter experimenteller Nachweis auf mo12

Ferredoxine sind kleine Proteine, die im Stoffwechsel als Elektronenüberträger an Redoxreaktionen beteiligt sind. Sie spielen zum Beispiel eine Rolle bei der Fotosynthese, bei der Stickstofffixierung oder bei Atmungsprozessen. Ferredoxine enthalten Eisen- und Schwefelatome, die in einem sogenannten Cluster (hier ein [3Fe-4S]Cluster) angeordnet sind. Für Ferredoxin I ist bekannt, dass direkt auf die Aufnahme von einem Elektron durch den Eisen-Schwefel-Cluster die Aufnahme von einem Proton aus dem umgebenden Wasser folgt. Die Geschwindigkeit dieser Reaktion wurde bereits mittels Cyclovoltammetrie untersucht. Zudem wurde gezeigt, dass die katalytisch aktive Stelle (ein AspartatAminosäurerest, Asp15) an der Oberfläche des Proteins liegt, sodass ein schneller Austausch mit dem umgebenden Wasser erfolgt. Bisherige mechanistische Untersuchungen gingen davon aus, dass Wasser an diesem PT nicht beteiligt ist. Meuwly konnte dies widerlegen und zeigen, dass zunächst ein

Proton vom umgebenden Wasser aufgenommen und in einem konzertierten Prozess über ein einzelnes «strukturelles» Wassermolekül auf den im Protein weiter innen liegenden Eisen-Schwefel-Cluster übertragen wird. Die berechneten Daten für dieses Modell zeigen gute Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Werten – im Gegensatz zu anderen denkbaren kompetitiven Prozessen. Die Originalarbeit demonstriert, dass durch das Zusammenwirken von Simulation, Theorie und Experiment ein grundlegendes Verständnis eines in der Chemie und Biologie fundamentalen Prozesses möglich wird, was keiner der Ansätze allein erlaubt. Quelle: Universität Basel

Originalpublikation Stephan Lutz, Ivan Tubert-Brohmann, Yonggang Yang, Markus Meuwly, «Water-assisted Proton Transfer in Ferredoxin I», Journal of Biological Chemistry 2011 [286] 23679–23687 (2011).

Kontakt Prof. Dr. Markus Meuwly Universität Basel Departement Chemie Klingelbergstrasse 80 CH-4056 Basel Telefon +41 (0)61 267 38 21 m.meuwly@unibas.ch www.unibasel.ch 7– 8 / 2011

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Ein Impfstoff gegen einen Antibiotika-resistenten Erreger?

Mit Zucker gegen gefährliche Bakterien Gegen den Erreger einer der häufigsten und gefährlichsten Krankenhaus-Infektionen gibt es einen Erfolg versprechenden Impfstoffkandidaten. Ein internationales Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam hat einen Impfstoff gegen das Bakterium Clostridium difficile entwickelt, das vor allem in Krankenhäusern gravierende Darminfektionen auslöst. Der zuckerbasierte Impfstoff rief bei Mäusen eine spezifische und umfassende Immunantwort hervor. Zudem wurde ein deutlicher Hinweis gefunden, dass die Substanz auch das menschliche Immunsystem stimulieren könnte, Antikörper gegen das Bakterium zu produzieren.

Durchfall und einer Darmentzündung führen, häufig mit tödlichen Folgen. Stets macht es eine aufwendige Nachbehandlung der Patienten nötig. Der neue, hochvirulente Erreger produziert sogar rund 20-mal mehr Toxine und deutlich mehr Sporen als die zuvor bekannten Erreger.

Bild: MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Angriff auf ein Kohlehydrat in der Zellwand

Bild 1: Stimuliert das Immunsystem: Auf Basis eines Sechsfachzuckers entwickelten Potsdamer Chemiker einen Impfstoff gegen das Bakterium Clostridium difficile, das in Krankenhäusern schwere Darminfektionen verursacht.

Clostridium difficile kann zu einer tödlichen Gefahr werden: Vor etwa acht Jahren tauchte in den USA und einigen westeuropäischen Staaten ein hochvirulenter und gegen Antibiotika resistenter Stamm des sporenbildenden Bakteriums auf. Seither bedroht es vor allem in Krankenhäusern Patienten, die mit Antibiotika behandelt werden oder die wie etwa Krebs- oder HIV-Patienten ein geschwächtes Immunsystem haben. Während C. difficile den Darm von höchstens vier Prozent der gesunden Menschen besiedelt, ist es in 20 bis 40 Prozent der Patienten in Krankenhäusern zu finden. Wenn andere Bakterien der Darmflora durch Antibiotika zurückgedrängt werden, kann sich das Stäbchenbakterium rasant vermehren. Es produziert Giftstoffe, die zu 14

Ein Kohlehydrat in der Zellwand des Bakteriums haben die Forscher um Peter H. Seeberger am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam zum Angriffspunkt für einen möglichen Impfstoff genommen. «In ersten Tests hat sich das zuckerbasierte Antigen, das wir dabei hergestellt haben, auch bereits als sehr aussichtsreich erwiesen», sagt Seeberger, Direktor am Potsdamer MaxPlanck-Institut. Wesentlicher Bestandteil des Antigens ist ein Sechsfachzucker, für den die Chemiker des Teams zunächst eine Synthese entwickelten. Als Bausteine verwendeten sie vier verschiedene Einfachzucker, die sie auf einem effizienten Weg so miteinander reagieren liessen, dass genau das Molekül mit der gewünschten Anordnung der Einfachzucker entstand. «Die Synthese von komplexen Mehrfachzuckern stellt immer noch eine Herausforderung dar», sagt Seeberger. Sie ist nicht zuletzt deshalb schwierig, weil Zuckermoleküle sich an mehreren möglichen Stellen miteinander verbinden können. Dass sich die Ausgangszucker genau an den gewünschten Punkten miteinander verbinden steuerten die Chemiker, indem sie die anderen Reaktionsorte gezielt blockierten.

Ein Sechsfachzucker, kombiniert mit einem Protein Den Sechsfachzucker kombinierten die Forscher nun mit dem Protein CRM 197, das in vielen Impfstoffen zum Einsatz kommt. Zucker alleine bewirken als Antigene nämlich keine umfassende Immunantwort. Nur in Verbindung mit einem anderen Antigen kann sich das Immunsystem ausreichend gegen eine Infektion mit C. difficile wappnen. Das chemische Zucker-Eiweiss-Konstrukt, Impfstoffforscher sprechen von einem Konjugat, rief in Tests an zwei Mäusen dagegen eine umfassende Immunantwort hervor, nachdem die Tiere im Abstand von zwei Wochen drei Mal mit der Substanz geimpft wurden. «Dass die Mäuse dabei auch Antikörper gegen das Kohlehydrate produzierten, ist bereits ein Erfolg», sagt Seeberger: «Denn nicht alle Kohlenhydrate lösen die Bildung von Antikörpern aus.» Die Antikörper, die die Mäuse dabei produzierten, banden zudem ausschliesslich an den Zucker. Das Antigen kann somit keine Autoimmunerkrankung hervorrufen. Das Forscherteam wies zudem nach, dass Antikörper gegen den Sechsfachzucker auch Teil der menschlichen Immunantwort sind. Im Stuhl von Patienten, die mit C. difficiles infiziert waren, fanden sie nämlich Antikörper gegen den Zucker. «Wir können also erwarten, dass auch das menschliche Immunsystem bei einer Impfung Antikörper gegen den Zucker bildet», so Seeberger. Mehr noch: «Da schon auf den natürlichen Zucker geringe Mengen Antikörper gebildet werden, hoffen wir, dass das synthetische Zucker-Eiweiss-Konjugat eine starke Antwort hervorruft.» 7– 8 / 2011

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Der Impfstoffkandidat muss sich noch in weiteren Tests bewähren. Zunächst muss geklärt werden, ob er in Tieren eine Infektion wirksam verhindern kann. «Wenn diese Tests erfolgreich sind, wird es vermutlich noch ein bis zwei Jahre dauern, ehe der Impfstoff im Menschen getestet wird», sagt Seeberger.

Impfstoffe gegen weitere Krankheitserreger Der Impfstoffkandidat gegen C. difficile enthält nicht den einzigen immunologisch wirksamen Zucker aus dem Labor Seebergers. Gemeinsam mit seinen Kollegen entwickelt der Chemiker zuckerbasierte Impfstoffe gegen zahlreiche Krankheitserreger. «Die aktuelle Arbeit liefert daher auch einen Beleg

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für die Fortschritte in der Glykochemie und Glykobiologie», so Seeberger, der für die Entwicklung eines Syntheseroboters für Kohlenhydrate im Jahr 2007 den Körber-Preis erhielt. Chemiker können immer mehr biologische Zuckermoleküle im Labor herstellen, sodass Biologen und Mediziner gezielt ihre Wirkungen erforschen können. Das macht Seeberger optimistisch: «Diese Fortschritte werden zu Umwälzungen in den angrenzende Forschungsgebieten wie der Immunologie, Biologie und Medizin führen.» Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

Originalpublikation Matthias A. Oberli, Marie-Lyn Hecht, Pascal Bindschädler, Alexander Adibekian, Thomas Adam und Peter H. Seeberger, «A Possible Oligosaccharide-Conjugate Vaccine Candidate for Clostridium difficile Is Antigenic and Immunogenic», Chemistry & Biology 18 [5], 580–588 (2011).

Kontakt Prof. Dr. Peter H. Seeberger Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung Am Mühlenberg 1 OT Golm D-14476 Potsdam Telefon +49 (0)30 838-59300 peter.seeberger@mpikg.mpg.de

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Bild 1: Nanoskalige Kristallkeime lassen Beton schneller härten. Der Härtungsbeschleuniger X-Seed der BASF macht so zusätzliche Wärme überflüssig, und der Beton wird besonders fest und haltbar. Vergrösserung ca. 1730 :1.

Beschleunigte Aushärtung von Fertigbauteilen

Vom Nanokristall zum Betonbauteil Sie sind überall, auch wenn wir uns im Alltag kaum Gedanken über sie machen – Fertigbauteile aus Beton. Ob Brückenträger, Kanalisationsrohre, Treppen oder Eisenbahnschwellen: Millionen solcher Bauelemente werden industriell vorgefertigt und vor Ort verbaut. In diesem Bereich ist BASF mit X-Seed eine bedeutsame Neuentwicklung gelungen: Mit dem Erhärtungsbeschleuniger lassen sich Betonfertigteile schneller und in besserer Qualität herstellen. Zudem kann der Energieverbrauch – und damit der Ausstoss an CO2 – erheblich reduziert werden.

Die wichtigste Zutat für Beton ist Zement. Zu seiner Herstellung werden zunächst Kalkstein, Ton und Mineralien bei hohen Temperaturen zum sogenannten Zementklinker gebrannt. Dies benötigt viel Energie. Der grobkörnige Klinker wird schliesslich zum feinen grauen Zementpulver zermahlen, das nach dem Vermischen mit Wasser aushärtet. Chemisch gesehen kristallisieren dabei Calciumsilicathydrat (CSH) und andere Verbindungen aus dem Zement zu einem kompakten Kunststein aus, in den die im Beton ebenfalls enthaltenen Zuschlagstoffe wie Sand oder Kies eingebettet sind.

Wärmebehandlung wird weitgehend überflüssig Für die Produktion von Fertigteilen wird der noch flüssige Beton in eine Schalung aus Holz, Metall oder Kunststoff gegossen. Diese Gussform kann erst geöffnet und das Bauteil entnommen werden, wenn der Beton genügend ausgehärtet ist. Bei Umge16

bungstemperaturen von etwa 20 Grad Celsius dauert es durchschnittlich rund zwölf Stunden, bis der Beton hart genug ist – wertvolle Zeit, in der die Formen nicht genutzt werden können. Daher wird der flüssige Beton oft mithilfe von Wasserdampf erhitzt. Das beschleunigt zwar das Aushärten, fordert jedoch auch viel zusätzliche Energie. Zudem kann es dabei zu inneren thermischen Spannungen, Verfärbungen und einer gröberen Oberfläche des fertigen Betonteils kommen. «X-Seed macht die Wärmebehandlung mit all ihren Nachteilen weitgehend überflüssig», erläutert Michael Kompatscher, verantwortlich für den europäischen Betonfertigteilmarkt der BASF. «Mit seiner Hilfe erhärtet Beton bei 20 Grad Celsius ebenso schnell wie sonst bei 60 Grad Celsius. Und das auf genial einfache Weise – denn es wird lediglich etwas zugefügt, was im Beton ohnehin schon enthalten ist: Calciumsilicathydrat.» Genauer gesagt, sind es Abermillionen CSH-Kristalle von wenigen Nanometern

Durchmesser, die in X-Seed in einer Flüssigkeit schweben. Aufgrund ihrer Nanogrösse können hier bei gleicher Masse mehr Kristallisationskeime in gleichmässiger Verteilung untergebracht werden und so für schnelleres Wachstum sorgen. An diese CSH-Keime können sich dann beim Aushärten des Betons weitere Moleküle aus dem Zement anlagern. Die so entstehenden Kristalle verdichten und verhaken sich schliesslich zum kompakten Zementstein.

Winzige Kristallkeime im Überfluss Den Wirkmechanismus des Härtungsbeschleunigers erklärt Horst-Michael Ludwig von der Bauhaus-Universität Weimar: «Die Verfügbarkeit solcher Kristallisationskeime entscheidet ebenso wie die Temperatur über das Tempo der Kristallbildung und damit der Aushärtung. Normalerweise müssen sich die CSH-Keime erst spontan aus mehreren, aus dem Zement gelösten Molekülen bilden, die zufällig aufeinander7– 8 / 2011

Bilder: BASF

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Bild 3: Beton ist allgegenwärtig. Weltweit werden jährlich rund 1,4 Mrd. Tonnen Zement zu diesem harten Kunststein verarbeitet.

treffen. X-Seed umgeht diese erste Hemmschwelle der Kristallisation, indem es diese winzigen Kristallkeime im Überfluss zur Verfügung stellt.» Ein weiterer Faktor sei, dass sich CSH-Kristalle gleichmässiger verteilt bilden, so der Experte für Werkstoffe des Bauens, der sich schon früh mit dieser Thematik befasst hat. «Ohne die zusätzlichen Keime entstehen die Kristalle zuerst auf der Oberfläche der Zementkörnchen. Dadurch werden diese bald von einer kristallinen Schicht ummantelt, die den Austausch von Wasser und aus dem Klinker gelösten Molekülen und damit das weitere Erhärten verzögert.» Beide Effekte der synthetischen Kristallkeime halbieren die Zeit bis zum Ausschalen bei 20 Grad Celsius von etwa zwölf auf sechs Stunden, ohne dass am Endprodukt irgendwelche Unterschiede festzustellen wären. In der Theorie klinge das einfach, gibt der BASF-Forscher Luc Nicoleau zu, der an der Entwicklung von X-Seed massgeblich mitgearbeitet hat: «Es war vor allem eine grosse Herausforderung, die synthetischen, nur wenige Nanometer grossen CSH-Kris-

ten, sondern wirkt sich auch positiv auf die Energie- und Klimabilanz und damit auf die Nachhaltigkeit des Werkstoffs Beton aus. Quelle: BASF

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talle in einer flüssigen Suspension über lange Zeit in der Schwebe zu halten, ohne dass sie zusammenbacken und so an Wirksamkeit verlieren.» Dieses verfahrenstechnische Kunststück gelang den BASFExperten jedoch schliesslich dank ihrer langjährigen Erfahrung im Dispergieren von Feinststoffen.

Verkürzte Bauzeiten – auch im Winter Als X-Seed, das einfach mit den anderen Zutaten in den Betonmischer gegeben werden kann, schliesslich 2009 auf den Markt kam, zeigte sich sofort sein enormes Einsatzpotenzial. Neben dem Nutzen für den grossen Markt für Betonfertigteile, deren Hersteller nun effizienter und schneller produzieren und Auslastungsspitzen flexibler bewältigen können, bringt der Beschleuniger auch bei einer Reihe anderer Anwendungen Vorteile. Das Nanoprodukt verkürzt die Bauzeiten von Strassen, Tunneln und Flugpisten – auch bei winterlichen Aussentemperaturen. Dabei spart es nicht nur Kos-

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Bild 2: X-Seed-Nanokristalle beschleunigen die Aushärtung von Beton erheblich und reduzieren den CO 2-Ausstoss.

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Nichtklassische kinetische Kontrolle

Triebkraft chemischer Reaktionen entdeckt Eine neue Triebkraft chemischer Reaktionen haben Chemiker um Peter R. Schreiner (Justus-Liebig-Universität Giessen) gemeinsam mit Kollegen in den USA entdeckt: Sie konnten zeigen, dass die Tunnelkontrolle chemische Reaktionen in eine Richtung lenken kann, die weder durch das etablierte Prinzip der kinetischen Kontrolle (in Richtung der Reaktion mit der geringsten Barriere) noch durch das der thermodynamischen Kontrolle (in Richtung der energetisch günstigsten Reaktion) vorhergesagt worden wären. Die Ergebnisse könnten starken Einfluss darauf haben, wie Wissenschaftler chemische Umsetzungen verstehen und entwerfen.

Gebildet wird: das unwahrscheinlichste Produkt Die Entdeckung des Giessener Teams um Peter R. Schreiner mit seinen US-amerikanischen Partnern an der University of Georgia (Athens) basiert auf der erstmaligen Darstellung eines bisher unbekannten, kleinen Moleküls, des Methylhydroxycarbens (H3C–C–OH). Dieses Molekül wurde nach thermischer Erzeugung in einer Argonmatrix bei minus 18

Bild: Felix Ley

Chemische Reaktionen kann man mit Bergwanderungen vergleichen: Man wird in der Regel den niedrigsten Pass erklimmen, um von einem in das nächste Tal zu gelangen. Hat man jedoch ein besonders lohnendes Ziel vor Augen, bemüht man sich auch schon mal über einen höheren Berg. Das Tunneln einer chemischen Reaktion kann man mit der Durchquerung eines hohen Bergs von einem Tal zum nächsten durch einen – allerdings unsichtbaren – Tunnel verstehen. Bisher ging man davon aus, dass nur relativ niedrige Berge durchquert werden können und dass der Pfad über den Berg weiterhin gleichzeitig zugänglich ist. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass beides keinesfalls Voraussetzung für dieses Phänomen ist. Der Tunneleffekt kann am einfachsten mit dem Beamen in einem ScienceFiction-Film verglichen werden: Materie wird von einem Punkt zum anderen transportiert – vollkommen unabhängig davon, welche Hindernisse dazwischen liegen. Das Tunneln wurde bereits vor Jahrzehnten von führenden Physikern entdeckt. Es wurde jedoch kontrovers diskutiert, da es kein klassisches Analogon gibt, sondern nur eine quantenmechanische Beschreibung möglich ist. Bild 1: Schrödingers Katze, die sich ihren Weg durch die Wand bahnt, anstelle über die Mauer zu springen: Eine Analogie zur Reaktion des Methylhydroxycarbens (Mitte) mittels Tunneleffekt durch den Potentialberg (entlang der grünen Linie) zum Acetaldehyd (unten rechts).

263 Grad Celsius «gefangen» und spektroskopisch nachgewiesen. Das erhoffte Tunnelverhalten trat ein: Unerwartet – zumindest nach dem bisherigen Verständnis chemischer Reaktionen – wurde die stärkste Bindung im System, nämlich die zwischen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) gebrochen. Innerhalb weniger Stunden bildete sich selbst bei dieser tiefen Temperatur aus-

schliesslich das unwahrscheinlichste Produkt, nämlich Acetaldehyd (H3C–CHO). Es war also ein Wasserstoff-Atom vom Sauerstoff zum Kohlenstoff (C) gewandert. Da bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt mangels Energie keine thermischen Reaktionen stattfinden können, konnte es sich nur um einen quantenmechanischen Tunnelprozess handeln. 7– 8 / 2011

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Ein ÂŤHeureka-MomentÂť ÂŤWir wussten, dass die Reaktionsgeschwindigkeit durch Tunneln deutlich grĂśsser werden kann und dass dies bei niedrigen Temperaturen und leichten Atomen besonders zum Tragen kommtÂť, sagt Schreiner. ÂŤWas wir hier entdeckt haben, geht allerdings weit darĂźber hinaus. Der Tunnelprozess lenkt die Reaktion weg von dem durch die kinetische Kontrolle erwarteten Produkt â&#x20AC;&#x201C; es bildet sich gerade eben nicht das Produkt mit der geringsten Barriere.Âť Die Forscher legen die Analogie zur berĂźhmten Katze des Physikers Erwin SchrĂśdinger nahe: Die Katze kann nicht aus dem KĂ¤fig springen, weil die WĂ¤nde zu hoch sind. Stattdessen bricht sie durch die Wand hindurch, ohne die kleinste Verletzung davon zu tragen (Bild 1).

ÂŤDie Entdeckung des Methylhydroxycarbens war fĂźr uns schon ein Grund zur Freude, doch sein schnelles Verschwinden in Richtung Acetaldehyd war einer der seltenen â&#x20AC;šHeureka-Momenteâ&#x20AC;ş in der Wissenschaft, in denen man plĂśtzlich und unerwartet etwas Neues entdeckt, was noch deutlich interessanter ist, als die ursprĂźngliche FragestellungÂť, so Schreiner. Die AufklĂ¤rung dieser neuen Befunde mittels einer Kombination ausgefeilter Experimente und extrem genauen Berechnungen fĂźhrte schliesslich zur Definition der Tunnelkontrolle, also einer nichtklassischen kinetischen Kontrolle einer chemischen Reaktion, in der die niedrigste Barriere nicht der entscheidende Faktor ist. Die Wissenschaftler betonen, dass diese Ergebnisse weitreichende Konsequenzen fĂźr das VerstĂ¤ndnis und

das Design chemischer Reaktionen haben und nicht auf extrem tiefe Temperaturen beschrĂ¤nkt sind. Quelle: UniversitĂ¤t Giessen Originalpublikation Peter R. Schreiner et al., ÂŤMethylhydroxycarbene: Tunneling Control of a Chemical ReactionÂť, Science 332 [6035], 1300â&#x20AC;&#x201C;1303 (2011). Kontakt Prof. Dr. Peter R. Schreiner Institut fĂźr Organische Chemie Heinrich-Buff-Ring 58 D-35392 Giessen Telefon +49 (0)641 99-44300 prs@org.chemie.uni-giessen.de www.uni-giessen.de

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BIOWISSENSCHAFTEN

Struktur von Oligosaccharyltransferase

N-Glykosylierung von Proteinen ETH-Biologen haben die Struktur des Bakterienenzyms Oligosaccharyltransferase aufgeklärt, das Proteine mit Zuckern verknüpft. Die Erkenntnisse über die Struktur ermöglichen Einblicke in den Mechanismus dieser Modifikationen. Zudem dürften sie die Entwicklung neuer Methoden zur Herstellung therapeutisch nutzbarer «süsser Proteine» auslösen.

Peter Rüegg Das Enzym, dessen Struktur die ETH-Biologen soeben bestimmt haben, trägt einen fast unaussprechlichen Namen: Oligosaccharyltransferase. Dieses Protein sitzt in Membranen von gewissen Bakterien, den Gram-negativen, zu denen einige Krankheitserreger wie verschiedene Campylobacter-Arten gehören. Diese Bakterien haben dank dieses Enzyms eine besondere Fähigkeit, die ansonsten nur eukaryotische Zellen, wie Hefen oder Säugerzellen, haben: Sie können verschiedenste Proteine mit Zuckern verknüpfen, sogenannt glykosylieren. Diese Glykosylierung findet an einer bestimmten Stelle des Proteins statt, und zwar an einem Proteinbaustein namens Asparagin. An diesen Baustein kann das Enzym über eine Stickstoff-

gruppe Zucker binden, weshalb der Vorgang auch N-Glykosylierung heisst.

Strukturaufklärung geht vor Wie das genau vor sich geht, darüber rätselten die Biologen – und auch Chemiker – lange. Denn diese Reaktion ist träge, zu wenig reaktiv ist der Stickstoffrest am Asparagin. «Der Knackpunkt war, wie Asparagin aktiviert wird, um mit dem Zucker eine Verbindung einzugehen», sagt Christian Lizak, Doktorand im Institut für Mikrobiologie der ETH Zürich. Um den chemisch schwer nachvollziehbaren Vorgang zu verstehen, war es deshalb nötig, erst die genaue Struktur des Enzyms zu kennen. Die ETH-Forscher haben darum «PglB» aus dem Bakterium Campylobacter lari isoliert und kristallisiert. «Dieser Schritt war besonders anspruchsvoll, die Arbeiten dazu haben vor acht Jahren begonnen», sagt Lizak. Die Kristalle wurden an einer hochauflösenden Strahlenquelle der Swiss Light Source (SLS) am Paul Scherrer Institut mit Röntgenstrahlen beschossen. Aus den Röntgenbildern berechneten die Forscher schliesslich jede einzelne Atomposition mit einer Auflösung von 3,4 Angström, was einer Grössenordnung von wenigen milliardstel Metern entspricht.

Lebenswichtige Funktion In Bakterien ist das Enzym «PglB» für die Glykosylierung verantwortlich. Diese Oligosaccharyltransferase ist im Vergleich zum Enzym in tierischen Zellen, die aus acht verschiedenen Untereinheiten besteht, relativ einfach aufgebaut. Die zentrale Einheit des tierischen Enzyms ist jedoch dem «PglB»-Protein von Bakterien sehr ähnlich. Mag die N-Glykolysierung für Bakterien eine 20

Bild 1: Macht aus einem Eiweiss ein süsses Protein: Das Enzym (blauer Komplex), das in der Membran (grau) sitzt, bindet verschiedene Zucker an das Protein, das aus Aminosäuren (gelbe Kugeln) zusammengesetzt ist. Bild: Sabina Gerber, ETH Zürich

nicht lebenswichtige Funktion sein, so können Zellen höherer Lebewesen ab Stufe Hefe bis hin zu Säugern ohne diese nicht leben. Schaltet man bei Hefezellen diese Maschinerie ab, so sterben die Zellen innert kurzer Zeit. Denn die N-Glykosylierung ist für eine Vielzahl von Lebensfunktionen notwendig. Mehr als die Hälfte aller Proteine in einer eukaryotischen Zelle werden nach ihrer Synthese mit Zuckern «versüsst». «Die Struktur der Oligosaccharyltransferase ist so etwas wie der «heilige Gral» der Zuckerbiologie», sagt Lizak. Mehrere weltweit führende Forscherteams aus Oxford, des Caltechs oder des MIT hätten bis anhin vergeblich versucht, diese Struktur zu lösen. Den ETH-Forschern ist es nun gelungen, einen grossen Schritt vorwärts zu machen. «Die Grundlage unseres Erfolgs war die Kollaboration von unterschiedlichen Kompetenzzentren innerhalb der ETH», betont der Doktorand. Das ursprüngliche System der bakteriellen N-Glykosylierung stammt aus dem Labor 7– 8 / 2011

von ETH-Professor Markus Aebi. Lizak hat dort seine Doktorarbeit gemacht und die Geheimnisse der Zuckerbiologie erlernt. Als er bei der Kristallisation des Enzyms an seine Grenzen stiess, konnte er während seiner Dissertation in die Gruppe von Kaspar Locher wechseln. Locher ist Experte für die Reinigung, Kristallisation und Strukturaufklärung von Membranproteinen, und zu dieser Proteingruppe gehört «PglB». Dadurch gelang es, das Enzym zu kristallisieren, und mit den gewonnenen Röntgendaten konnte der ETHAssistenzprofessor für molekulare Membranbiologie die dreidimensionale Struktur des Proteins berechnen.

Noch nie was von der SC 950 gehört? Ja, logisch!

Werkzeug für Therapeutika-Herstellung Die Enzym-Struktur liefert fundamentale Erkenntnisse zum grundsätzlichen Verständnis der N-Glykosylierung sowohl in Bakterien als auch in Eukaryoten. Der atomare Aufbau und die dreidimensionale Form zeigen auf, wie das Enzym seine Substrate erkennt, wo und wie diese an dieses andocken und wie es den verschiedenen Proteinen den Zucker «aufsetzt». Diese Erkenntnis gibt den Forschern ein Werkzeug in die Hand, mit der sie das Enzym gezielt verändern können. Das «normale» Enzym kann nämlich nur dann bestimmte Proteine glykosylieren, wenn diese eine spezifische Abfolge an Aminosäuren besitzen. Bei einem veränderten Enzym könnten aber auch andere Substrate in seine aktive Domäne passen und glykosyliert werden.

Leistungsbereiche SC 950: Förderleistung: > 50l/min Endvakuum: < 2.0 mbar abs.

Gelingt es den Forschern, das Enzym umzunutzen, dann könnten sie es einsetzen, um in Escherichia-coli-Bakterien verzuckerte Proteine herzustellen, die beispielsweise als Therapeutika oder als Impfstoffe genutzt werden können.

Macht alles, ausser Lärm.

«Zucker kodieren, wie DNA und Proteine, biologische Informationen und bilden die dritte Sprache des Lebens. Durch die Strukturaufklärung der Oligosaccharyltransferase wissen wir nun, wie diese Informationsträger auf Proteine gelangen können», sagt Lizak.

Das neue Laborpumpensystem der Serie SC 950 überzeugt mit leichter Bedienbarkeit und hebt Präzision und Leistung auf ein neues Niveau. Das schnell und präzise arbeitende System ist durch seine kabellose Fernbedienung besonders platzsparend und ermöglicht stets eine einfache Steuerung des Vakuums.

Quelle: ETH life vom 15. Juni 2011

Originalpublikation Christian Lizak, Sabina Gerber, Shin Numao, Markus Aebi & Kaspar P. Locher, «X-ray structure of a bacterial oligosaccharyltransferase», Nature 474, 350–355 (2011).

Das Vakuumsystem SC 950 mit Funk-Fernbedienung lässt keine Wünsche offen.

Das System bietet Ihnen vier verschiedene Betriebsmodi und eine Fülle neuer Funktionen, die Sie jederzeit von jedem Winkel des Labors oder ihrem Arbeitsplatz aus steuern können.

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7– 8 / 2011

First class pumps for first class science

BIOWISSENSCHAFTEN

Annexine reparieren Zellmembranen

Massgeschneiderter Schutz für bedrohte Zellen Wenn Zellen durch Giftstoffe verletzt werden, setzen sie einen raffinierten Reparaturmechanismus in Gang. Dieser produziert eine Art massgeschneiderte Schutzkleidung, wie ein Team um Annette Draeger von der Abteilung Zellbiologie des Instituts für Anatomie der Universität Bern herausgefunden hat.

Attacke in Zellkultur nachgestellt Strukturelle Schäden können an vielen Körperzellen auftreten. Sie werden entweder durch immunologische Reaktionen ausgelöst (zum Beispiel in Immunzellen), sind mechanisch bedingt (zum Beispiel in Muskelzellen) oder werden durch bakterielle Giftstoffe verursacht – was in allen Zellen möglich ist. Diese Toxine, die von Streptokokken oder anderen Bakterien gebildet werden, bohren Löcher in die Zellmembran. Durch die Löcher strömt Calcium ein und aktiviert Enzyme, die den Körperinhalt verdauen und die Zelle damit töten. Bakterielle Giftstoffe fügen zum Beispiel den Zellen der Atemwege grosse Schäden zu und können Krankheiten wie eine Mandel- oder Lungenentzündung verursachen. Da Schäden oder Risse der Zellmembran schnell repariert werden müssen, besitzen die meisten Körperzellen Reparaturmechanismen. Die Forscher um Draeger stellten in einer Zellkultur eine Attacke nach, indem sie Zellen mit einem Bakterientoxin behandelten. Sie beobachteten, dass Annexine in die Richtung des Zellschadens wandern und die Verletzung schliessen. Je nachdem 22

Bild: Anatomisches Institut, Universität Bern.

Körperzellen, deren Hülle oder Zellmembran beschädigt wird, verlieren ihren Inhalt und gehen in der Regel zugrunde. Wird der Schaden durch bakterielle Giftstoffe ausgelöst, verfügt die Zelle jedoch über einen ausgeklügelten Reparaturmechanismus. Dabei spielen Annexine – Calcium-bindende Proteine – eine wichtige Rolle. Je nach Art der Verletzung geben sie der Zelle den jeweils passenden Schutz. Dies hat ein Team um Annette Draeger von der Abteilung Zellbiologie des Instituts für Anatomie der Universität Bern herausgefunden. Bild 1: Menschliche Körperzelle, in der zwei Annexine markiert sind (Annexin 1 gelb; Annexin 6 blau). Auf der linken Seite vor dem Toxinangriff sind die beiden Proteine in der Zelle durchmischt. Auf der rechten Seite hat ein Bakterientoxin Löcher in die Zellmembran gebohrt, worauf beide Annexine an die Membran wandern und an unterschiedlichen Stellen die Reparatur vornehmen. Der Teil der Membran, der die Toxinpore enthält, wird isoliert (weisser Pfeil) und abgestossen (roter Pfeil).

wie gross die Öffnung ist, oder wie lange der Angriff dauert, begeben sich – angelockt vom einströmenden Calcium – mehr und mehr Annexine an die beschädigte Zellmembran. Die Annexine sind fähig, dort entweder die Verletzung auszuschneiden und aus der Zelle abzuwerfen oder den gefährdeten Teil der Zelle abzuschnüren und zu isolieren, um den Zellkörper und den Zellkern zu retten. Sie können entweder sofort eingreifen und kleinere Löcher «stopfen» oder bei ausgedehnten Verletzungen gezielt zusammenarbeiten. «Die Annexine schneidern der bedrohten Zelle einen Schutzanzug auf Mass», umschreibt Draeger den Vorgang. Für die angewandte Forschung seien die Kenntnis über solche Mechanismen wichtig, da Schäden an der Zellmembran zum Beispiel bei bakteriellen Infekten sehr häufig auftreten können. Quelle: Universität Bern

Originalpublikation Sarah Potez, Miriam Luginbühl, Katia Monastyrskaya, Andrea Hostettler, Annette Draeger, and Eduard B. Babiychuk, «Tailored Protection against Plasmalemmal Injury by Annexins with Different Ca2+ Sensitivities», Journal of Biological Chemistry 286 [20], 17982-17991 (2011).

Kontakt Prof. Dr. Annette Draeger Institut für Anatomie der Universität Bern Abteilung Zellbiologie Baltzerstrasse 2 CH-3012 Bern Telefon +41 (0)31 631 46 25 annette.draeger@ana.unibe.ch www.ana.unibe.ch 7– 8 / 2011

NEWS

Spectro erhält R&D 100 Award

Spectro Analytical Instruments (www.spectro.de) ist eine der

Gewinnerinnen des 49. R&D 100 Awards, einer Auszeichnung, welche jährlich von den Herausgebern des R&D Magazins vergeben wird. Das Unternehmen wurde gemeinsam mit dem Pacific Northwest National Laboratory, der University of Arizona, der Indiana University und iMagerlabs für die Entwicklung

der Array Detection Technologie (ADT) für Massenspektrometer ausgezeichnet. Spectro wurde für die Verwendung des ArrayDetektors im Spectro MS prämiert. Das im März 2010 vorgestellte Gerät ist das weltweit erste marktreife vollständig simultan messenden Massenspektrometer mit induktiv ge-

koppeltem Plasma. Das Spectro MS erfasst bei jeder Analyse das gesamte Massenspektrum zwischen Lithium und Uran. Anwender erreichen damit einen deutlich höheren Probendurchsatz und eine wesentlich bessere Präzision und Richtigkeit als beim Einsatz sequentieller Massenspektrometer. ■

tionen in Europa und Amerika vertrieben. Dabei profitieren die Kunden von der grossen Expertise und Erfahrung von Bachem. Sie gewährleisten ein umfassendes, auf die spezifischen Bedürfnisse der Kunden zugeschnittenes Leistungsangebot.

ten und äusserst engagierten Mitarbeitenden eine weltführende Marktstellung in unserem Kerngeschäft erarbeitet – eine Leistung, auf die wir stolz sind. Unser Bekenntnis zur Qualität mit unserem Label Quality Matters ist uns auch zukünftig eine Verpflichtung, unseren Kunden Produkte und Dienstleistungen von höchster Qualität zu liefern.» ■

Bachem feiert 40-Jahre-Jubiläum Bachem AG, Bubendorf, marktführend auf dem Gebiet der peptidischen Wirkstoffe für Pharma- und Biotechnologieunternehmen, feierte Ende Juni ihr 40-Jahre-Jubiläum. Die Gruppe hat sich in den letzten vierzig Jahren von einem kleinen Startup zur klaren Weltmarktführerin entwickelt. Bachem (www.bachem.com) beschäftigt weltweit rund 700

Mitarbeitende, wovon 530 in der Schweiz. An den Standorten in den USA, in Grossbritannien, in Deutschland und in der Schweiz produziert Bachem über 9000 Produkte für den Forschungsmarkt, wovon über 4000 bioaktive Peptide für die Biotech- und Pharmaindustrie. Die Produkte werden vorwiegend durch die eigenen Verkaufs- und Marketingorganisa-

Peter Grogg, Gründer und Verwaltungsratspräsident, sagt: «Wir haben uns in den vergangenen Jahren dank unseren kompeten-

In Muttenz bei Basel hat die PanGas AG (www.pangas.ch), die Schweizer Konzerngesellschaft der Linde Group, eine neue Luftzerlegungsanlage errichtet. Am 20. Mai 2011 wurde die Anlage offiziell eingeweiht.

Die Tagesleistung für die Herstellung von Gasen liegt bei 360 Tonnen Stickstoff, 140 Tonnen Sauerstoff und 7 Tonnen Argon. Darüber hinaus werden täglich 50 Tonnen gasförmiger Stickstoff produziert.

In die Luftzerlegungsanlage wurden 68 Millionen Schweizer Franken investiert. Sie wurde von Beginn an für den sogenannten ROC-Betrieb geplant. Die Steuerung und Überwachung der hoch komplexen Technologie erfolgt durch Spezialisten des Remote Operations Centre – kurz ROC – im deutschen Leuna, die eng mit ihren Kollegen vor Ort in Muttenz zusammenarbeiten.

Die Lieferung der Flüssiggase erfolgt an Unternehmen in der Schweiz, Nordfrankreich und Süddeutschland. Der Infrapark Baselland ist direkt per Pipeline an die neue Luftzerlegungsanlage angebunden und bietet den verschiedenen Unternehmen aus den Bereichen Chemie und Life-Sciences vor Ort eine sichere und zuverlässige Versorgung. ■

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Bild: Pangas

Neue Luftzerlegungsanlage in Muttenz eingeweiht

Die neue Luftzerlegungsanlage in Muttenz.

NEWS

Aus SGCI Chemie Pharma Schweiz wird scienceindustries Der Wirtschaftsverband Chemie Pharma Biotech heisst jetzt scienceindustries. Der neue Name soll die hohe Innovationsfähigkeit der grössten Schweizer Exportindustrie und deren Einsatz für einen weltweit führenden Produktions-, Forschungs- und Unternehmensstandort Schweiz in den Bereichen Chemie, Pharma und Biotech unterstreichen. Aus der Taufe gehoben wurde scienceindustries am 24. Juni

IN KÜRZE ■ Lonza investiert 10 Millionen Schweizerfranken in die Erweiterung ihrer biopharmazeutischen Plattform für Entwicklungsdienstleistungen in Singapur. Development Services bietet kundenspezifische und innovative Dienstleistungen, die in der Entwicklung von robusten Bioproduktionsprozessen gebraucht werden. Bei der Erweiterung in Singapur werden 1858 m² modernster Laborräumlichkeiten mit entsprechenden Einrichtungen hinzugefügt. Die Anlage wird voraussichtlich in der ersten Hälfte des Jahres 2012 in Betrieb gehen. ■ AkzoNobel investiert 140 Millionen Euro, um die Chlorproduktionsanlage in Frankfurt am Main auf die modernste und sparsamste Membranelektrolyse-Technologie umzurüsten. Die Anlage, mit einer um 50 Prozent höheren Kapazität, wird dazu beitragen, die Positionen des Unternehmens auf den europäischen Märkten für Natron-

anlässlich der 129. Generalversammlung in Domat/Ems. Christoph Mäder, Präsident des Verbands, sagt: «Mit unserem neuen Namen scienceindustries (www.scienceindustries.ch) setzen wir als führende Exportindustrie ein starkes Zeichen für Forschung und Entwicklung in der Schweiz. Wir unterstreichen damit unseren Anspruch, dank international wettbewerbsfähigen Innovationen weiterhin einen wesentlichen Beitrag zur

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IN KÜRZE

lauge und Chlormethane zu stärken. Gleichzeitg wird die Ökobilanz pro Tonne Produkt um fast 30 Prozent verbessert. Der Start der neuen Chloranlage ist für das vierte Quartal 2013 vorgesehen. Die Produktion von Chlor soll sich dann von 165 Kilotonnen auf 250 Kilotonnen pro Jahr erhöhen. ■ Zum 1. Juli 2011 hat Endress+Hauser mehrheitlich das 1998 gegründete deutsche Beratungsunternehmen Systemplan mit Sitz in Durmersheim bei Karlsruhe übernommen. Das Ingenieurbüro verfügt über reiche Erfahrung darin, Energieströme in Anlagen und Betrieben zu messen, darzustellen, zu analysieren und nachhaltig zu optimieren. ■ Evotec AG und Roche haben am 24. Juni 2011 eine Zusammenarbeit zur Entwicklung neuartiger, auf Proteinaktivität basierender Biomarker für Krebsmedikamente bekanntgegeben, die

Lebensqualität und dem Wohlstand der Schweiz zu leisten. Wir investieren pro Jahr über 7 Milliarden Franken in Forschung und Entwicklung in der Schweiz, was fast 44 Prozent der privaten Forschungsausgaben in unserem Land entspricht.» Scienceindustries umfasst heute über 250 Unternehmen in den Bereichen Life Sciences und Material Sciences. Ihre Mitglieder sind hauptsächlich in der

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IN KÜRZE

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sich bei Roche in der Entwicklung befinden. Die Evotec AG wird dafür ihre PhosphoScout Plattform zur Erkennung von Protein-Phosphorylierungsmustern einsetzen. Damit können Vorhersagen über die beste Dosierung und Wirksamkeit zielgerichtet wirkender Krebsmedikamente bei Patienten getroffen werden. Roche wird für die Durchführung der klinischen Studien verantwortlich sein. ■ Die Buss AG, Pratteln, hat aus China den Auftrag über zwei Kneterlinien zum Herstellen von Anodenmassen erhalten. Die aus Petrokoks und Pech aufbereitete Masse wird zu hochwertigen Anoden für die Aluminiumelektrolyse weiterverarbeitet. Die Kapazität jeder Kneterlinie beträgt 40 t/h. Der Produktionsbeginn ist für Frühjahr 2012 geplant. ■ Lonza wird ihr Virus-basiertes Therapeutikgeschäft durch den Bau eines modernen

Forschung, der Entwicklung, der Her stellung oder dem Verkauf von pharmazeutischen Spezialitäten, Vitaminen, industriellen Spezialchemikalien, Pflanzenschutzmitteln sowie Aromen und Riechstoffen tätig. Gegründet wurde scienceindustries 1882 als Schweizerische Gesellschaft für Chemische Industrie (SGCI) mit Sitz in Zürich. ■

IN KÜRZE

cGMP-Reinraums in ihren bereits bestehenden Anlagen in Houston, Texas, erweitern. Mit dem neuen Reinraum können Kunden auf Kapazitäten im Grossmassstab zur Unterstützung von Spätstadiumprojekten im Bereich der viralen Impfstoffe sowie der Gentherapie zugreifen. Der Reinraum wird Einweg-Prozesssysteme nutzen und die Produktion sowie die Fill- and Finish-Betriebe bis zu 2000 Liter unterstützen können. ■ Evonik Industries (Essen) hat aufgrund steigender Nachfrage ihre Kapazität für Glycin durch Effizienzsteigerungen im Herstellungsprozess um 50 Prozent erhöht. Produziert wird die Aminosäure am chinesischen Standort Nanning entsprechend den strengen Vorgaben der cGMP (current Good Manufacturing Practice) und des Europäischen Arzneibuchs (CEP; Certificate of Suitability of Monographs of the European Pharmacopoeia). ■

7– 8 / 2011

NEWS

Bild: Endress+Hauser

Kompetenzzentrum für Flüssigkeitsanalyse wächst und wächst

Einweihung des Neubaus von Endress+Hauser Conducta in Gerlingen: Geschäftsführer Manfred Jagiella, Bürgermeister Georg Brenner, Architekt Karl Grob sowie Klaus Endress, Chef der Endress+Hauser Gruppe, (von links) durchschneiden das Band.

Endress+Hauser feierte die Erweiterung ihres Kompetenzzentrums für Flüssigkeitsanalyse in Gerlingen. Deutlich über 15 Millionen Euro hat Endress+ Hauser Conducta (www.conducta. endress.com) in den vergangenen drei Jahren in die beiden Bauabschnitte investiert und dabei die Nutzfläche nahezu verdreifacht. Das Unternehmen verfügt am Standort in Gerlingen nun insgesamt über etwa 20 000 Quadratmeter Nutzfläche. Neben weiteren Produktions- und Büroflächen wurden ein neues Laborzentrum und ein Seminarzentrum in die Gebäude integriert. Im Obergeschoss gibt es moderne Schulungs- und Veranstaltungsräume sowie ein Betriebsrestaurant. Endress+Hauser Conducta zählt international zu den führenden

Anbietern in der Flüssigkeitsanalyse. Mit den Messstellen des Unternehmens lassen sich pH-Wert, Leitfähigkeit, Sauerstoff- und Chlorgehalt, Trübung und Feststoffgehalt, Ammonium-, Nitrat- und Phosphatgehalt sowie weitere chemische Inhaltsstoffe von Flüssigkeiten bestimmen. Sie werden in allen verfahrenstechnischen Industrien eingesetzt, so in den Branchen Chemie und Petrochemie, Life Sciences, Lebensmittel, Wasser und Abwasser, Papier und Energie. Das umfassende Angebot reicht vom Sensor über die Armatur bis zum Messwertumformer, einschliesslich kompletter Probenehmer und der nahtlosen Einbindung der Messstelle in moderne Prozessleitsysteme. ■

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16 Masters of Science in Life Sciences Am 24. Juni 2011 wurden erstmals 16 Personen als Master of Science in Life Sciences diplomiert. Sie feierten den Abschluss ihres konsekutiven Masterstudiums an der ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften in Wädenswil. Wissenschaftliches Arbeiten, vernetztes Denken und die Entwicklung der Methoden- und Selbstkompetenzen stehen im konsekutiven Masterstudium im Zentrum. Zum Abschluss des dreisemestrigen Studiums galt es, in der gewählten fachlichen Vertiefung eine Master Thesis zu schreiben. Die erfolgreichen Absolventen nennen sich nun Master of Science in Life Sciences mit der entsprechenden Vertiefungsrichtung. Das neue und einzigartige Studienprogramm, das von der ZHAW (Departement Life Sciences und Facility Management) in Kooperation mit der Berner Fachhochschule BFH (SHL in Zollikofen), der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW (Hochschule für Life Sciences in Muttenz) und der Haute Ecole Spécialisées de la Suisse occidentale HES-SO (Standorte Fribourg,

Lullier, Changins, Sion) angeboten wird, startete im Herbst 2009. Rund die Hälfte aller Studierenden belegte ihre Vertiefung an der ZHAW. Angeboten werden Vertiefungen in Food and Beverage Innovation, Pharmaceutical Biotechnology, Chemistry for the Life Sciences und Natural Resource Sciences. Aufgenommen in das Masterstudium werden nur die besten 20 bis 30 Prozent der Bachelorabgänger. Ein Ausbildungsschwerpunkt liegt in der anwendungsorientierten Forschung, für welche die ZHAW ein ausgezeichnetes Umfeld bietet. Die 16 Masters of Science in Life Sciences belegten die folgenden Vertiefungsrichtungen: – 9 Personen mit Vertiefung Pharmaceutical Biotechnology – 3 Personen mit Vertiefung Food and Beverage Innovation – 1 Person mit Vertiefung Chemistry for the Life Sciences – 3 Personen mit Vertiefung Natural Resource Sciences. ■

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Bild 1: Das Urkilogramm könnte bald abgelöst werden: Schweizer Kopie des Urkilogramms.

Ein neuer Wert für die Plancksche Konstante

Die Ablösung des Urkilogramms rückt näher Weltweit wird nach einer neuen Definition für das Kilogramm geforscht, damit diese Einheit den gestiegenen Ansprüchen von Wissenschaft und Technik weiterhin genügt. Mitarbeiter des Bundesamts für Metrologie (Metas) sind an diesen Arbeiten beteiligt, unter anderem mit dem Watt-Waage-Experiment. Kürzlich haben sie Resultate dieses langjährigen Experiments veröffentlicht.

Wissenschaft, Verwaltung und Technik benötigen immer genauere Messungen. Damit steigen auch die Anforderungen an die Masseinheiten. Metrologen, die Spezialisten für die Wissenschaft und Technik des Messens, haben deshalb über die Jahre mehrere Einheiten des Internationalen Einheitensystems neu festgelegt. Dabei haben sie darauf geachtet, die Einheiten auf Naturkonstanten zurückzuführen, die unabhängig von Ort und Zeit sind. Dieser Schritt ist bei der Einheit der Masse, dem Kilogramm, noch nicht erfolgt. 26

Das Kilogramm ist ein Anachronismus im Internationalen Einheitensystem. Es ist als einzige der sieben Basiseinheiten bis heute über ein künstliches Objekt definiert: das Urkilogramm in Paris. Diese Definition hat Nachteile. So ist der Prototyp nur an einem Ort verfügbar. Auch gibt es Hinweise darauf, dass sich die Masse des Urkilogramms ändert – einige Millionstel Gramm pro Jahrzehnt. Genau weiss man es nicht, denn ein absoluter Massstab fehlt. Deshalb arbeiten Metrologen an Experimenten, die als Grundlage für eine Definition

des Kilogramms dienen können. Das Bundesamt für Metrologie (Metas), das Metrologieinstitut der Schweiz, setzt dabei auf die Idee der Watt-Waage. Dieser Ansatz beruht auf einem präzisen Vergleich mechanischer und elektrischer Leistung. Ein komplexes zweiteiliges Experiment macht es möglich, das Kilogramm über elektrische Einheiten mit einer Naturkonstante, der Planckschen Konstante, in Beziehung zu setzen. In der Praxis ist die Watt-Waage ein hoch kompliziertes Messinstrument, das mehrere Grössen gleichzeitig mit äusserster Ge7– 8 / 2011

F O R S C H U N G S W E LT

Die Plancksche Konstante wurde mit einer relativen Unsicherheit von 2,9 × 10 –7 bestimmt (h = 6,626 069 1(20) × 10 −34 Js). Die Messunsicherheit ist ein Mass für die Genauigkeit. Das endgültige Ziel einer Unsicherheit von 2 ×10–8 soll in den nächsten vier Jahren mit einer verbesserten Version des Experiments erreicht werden. Diese Unsicherheit ist für eine Neudefinition des Kilogramms erforderlich. Nebst dem Metas-Team arbeiten auch Forscher in den USA, in Kanada, Frankreich und China an Watt-Waagen. Das Resultat des amerikanischen Experimentes ist bei einer relativen Unsicherheit von 4 × 10–8 zurzeit das genauste.

Exakte Bestimmung der Avogadro-Konstanten Ein weiterer Ansatz zur Anbindung des Kilogramms an eine Naturkonstante besteht darin, das Kilogramm auf die Masse eines Atoms zurückzuführen. Ein internationales Konsortium von acht nationalen Metrologieinstituten unter der Federführung der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig, dem deutschen Pendant zum Metas, beschreitet diesen Weg durch die exakte Bestimmung der Avogadro-Kon-

Bilder: Metas

nauigkeit messen muss. Nach einer langen Messserie und einer sorgfältigen Analyse aller denkbaren Einflussfaktoren wurde nun das erste Resultat der Metas-Watt-Waage in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift «Metrologia» publiziert.

Bild 2: Die Watt-Waage des Metas.

stanten mit Hilfe eines Einkristalls aus angereichertem Silicium 28Si. Die Forscher haben kürzlich eine Unsicherheit von 3 × 10–8 in der Bestimmung der Avogadro-Konstante erreicht. Aus diesem Resultat lässt sich auch die Planksche Konstante mit derselben Unsicherheit ableiten. Leider stimmt der so bestimmte Wert nicht mit dem besten Watt-Waagen-Resultat überein. Es sind also weitere Abklärungen notwendig. Erst wenn die verschiedenen Experimente die angestrebte Unsicherheit erreicht haben und untereinander übereinstimmen, wird das Urkilogramm abgelöst werden können. Quelle: Metas

Originalpublikation Ali Eichenberger, Henri Baumann, Blaise Jeanneret, Beat Jeckelmann, Philippe Richard and Walter Beer, «Determination of the Planck constant with the Metas watt balance», Metrologia 48 [3], 133 (2011).

Kontakt Beat Jeckelmann Bundesamt für Metrologie Metas Lindenweg 50 CH-3003 Bern-Wabern Telefon +41 (0)31 32 33 297 beat.jeckelmann@metas.ch

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7– 8 / 2011

Bild 1: An der Empa entwickelte flexible CIGS-Polymersolarzellen, die den neuen Effizienzrekordwert erreicht haben.

Weltrekord für Energieeffizienz von Solarzellen

Solarzellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid Empa-Forscher haben die Effizienz der Energieumwandlung von flexiblen Solarzellen aus Kupfer-Indium-GalliumDiselenid (CuIn1-xGaxSe2 , kurz CIGS) erneut gesteigert – auf den Rekordwert von 18,7 Prozent, eine wesentliche Verbesserung zum bisherigen Rekord von 17,6 Prozent, den dasselbe Team im Juni 2010 aufgestellt hatte. Die Messungen wurden durch das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg/Deutschland unabhängig zertifiziert.

Es geht (fast) immer ums Geld. Um Solarstrom in grossem Umfang erschwinglich zu machen, versuchen Wissenschaftler und Ingenieure auf der ganzen Welt schon seit Langem, günstige Solarzellen zu entwickeln, die sowohl hoch effizient als auch in grossen Mengen einfach herzustellen sind. Vor kurzem hat ein Team der Empa-Abteilung Dünnfilme und Photovoltaik unter der Leitung von Ayodhya N. Tiwari einen grossen Schritt nach vorne gemacht. «Der neue Re28

kordwert für flexible CIGS-Solarzellen von 18,7 Prozent schliesst nahezu die ‹Effizienzlücke› zu den polykristallinen Siliciumsolarwafern oder CIGS-Zellen auf Glas», sagt Tiwari. Er ist davon überzeugt, dass «flexible Dünnschicht-CIGS-Solarzellen, deren Effizienz sich mit den derzeit besten messen kann, ein ausserordentliches Potenzial haben, demnächst einen Paradigmenwechsel in Richtung Kosten sparenden Solarstrom herbeizuführen.»

Flexible Solarzellen mit zahlreichen Vorteilen Ein wesentlicher Vorteil von flexiblen Solarzellen sind ihre geringen Produktionskosten durch das «Roll-to-Roll»-Produktionsverfahren; zudem sind sie deutlich leistungsfähiger als die zurzeit handelsüblichen Solarzellen. Hinzu kommen Kostenvorteile bei Transport, Installation, Montagerahmen für die Module usw., das heisst, sie ermöglichen eine 7– 8 / 2011

F O R S C H U N G S W E LT

signifikante Reduktion der sogenannten «Balance-of-System»-Kosten. Zudem bieten flexible Dünnschicht-Solarmodule neuartige Anwendungsmöglichkeiten wie auf Hausfassaden, auf Solarfeldern oder bei tragbaren elektronischen Geräten.

Bilder: Empa

Dank den hochleistungsfähigen Geräten, die sich aktuell in Entwicklung befinden, so ist Tiwari überzeugt, sollten die neu entwickelten Verfahren und Konzepte monolithisch verschaltete flexible CIGS-Solarmodule mit einem Wirkungsgrad von über 16 Prozent ermöglichen.

Führend bei EffizienzSpitzenwerten In den letzten Jahren hat die Technologie der Dünnschicht-Solarzellen auf Glassubstraten einen technologischen Reifegrad erreicht, der eine industrielle Produktion ermöglicht; flexible CIGS-Zellen sind jedoch immer noch auf dem Stand der Entwicklung. Die jüngsten in Forschungslaboratorien und Versuchsanlagen erreichten Verbesserungen in der Effizienz – unter anderem vom Team um Tiwari, das zuerst an der ETH Zürich forschte und nun seit zwei Jahren an der Empa – tragen dazu bei, dass Produktionsschranken überwunden werden. Die enge Zusammenarbeit zwischen der Empa und Forschern des Start-up-Unternehmens Flisom, das die Technologie auf Industriemassstab bringen und kommerzialisieren möchte, haben zu wesentlichen Fortschritten beim Niedrigtemperatur-Wachstum von CIGS-Schichten geführt. Dadurch wurden flexible CIGS-Zellen immer leistungsfähiger, von 14,1 Prozent Energieeffizienz im Jahr 2005 bis zum neuen «Spitzenwert» von 18,7 Prozent für alle Typen flexibler Solarzellen auf Polymer oder Metallfolie. Den jüngsten Fortschritt ermöglichte eine Verringerung der Rekombinationsverluste, indem die Struktur der CIGS-Schichten, der proprietäre Niedertemperatur-Abscheidungsprozess für das Wachstum der Schichten als auch das In-situ-Doping mit Natrium in der Endphase verbessert wurden. Mit diesen Ergebnissen haben sich Polymerfilme erstmals den Metallfolien als Trägersubstrat zur Effizienzoptimierung als überlegen erwiesen. 7– 8 / 2011

Bild 2: Verbesserung in der Effizienz der Energieumwandlung von flexiblen CIGS-Polymersolarzellen.

Ohne Diffusionsbarriere bei tiefer Temperatur Rekordwerte von bis zu 17,5 Prozent Effizienz wurden bisher nur auf Stahlfolien erreicht, die eine Diffusionsbarriere gegen Verunreinigungen enthalten, und dies auch erst durch Abscheidungsprozesse bei Temperaturen von über 550 Grad Celsius. Der von der Empa und Flisom für Polymerfilme entwickelte proprietäre NiedertemperaturCIGS-Abscheidungsprozess erbrachte Effizienzwerte von 17,7 Prozent hingegen problemlos auf Stahlfolien ohne jegliche Diffusionsbarriere. Die Ergebnisse lassen darauf schliessen, dass die auf Metallfolien üblicherweise verwendeten Schutzbeschichtungen gegen Verunreinigungen nicht mehr nötig sind. «Unsere Ergebnisse zeigen ganz klar die Vorteile des Tieftemperatur-CIGS-Abscheidungsprozesses, wenn es darum geht, flexible Solarzellen höchster Effizienz sowohl auf Polymer- als auch auf Metallfolien herzustellen», sagt Tiwari. Die Projekte wurden vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF), von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI), vom Bundesamt für Energie (BFE), von EU-Rahmenförderprogrammen sowie den Schweizer Firmen W. Blösch AG und Flisom gefördert. Die mehrmalige Verbesserung der Energiekonversionseffizienz bei flexiblen CIGS-

Solarzellen ist laut Empa-Direktor Gian-Luca Bona eine beachtliche Leistung. «Was wir hier sehen, ist das Ergebnis eines detaillierten Verständnisses der Materialeigenschaften von Schichten und Grenzflächen, verbunden mit einer systematischen, innovativen Prozessentwicklung. Damit die Serienfertigung kostengünstiger Solarmodule möglichst bald Realität wird, müssen wir diese Innovationen nun an Industriepartner transferieren.» Empa-Forscher arbeiten zurzeit mit Flisom daran, die Produktionsprozesse weiterzuentwickeln und die Produktion hochzufahren. Quelle: Empa

Kontakt Prof. Dr. Ayodhya N. Tiwari Empa Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 41 30 ayodhya.tiwari@empa.ch www.empa.ch/tfpv 29

FIRMEN BERICHTEN

Industrielle Kompaktsysteme für hygienisch sensible Bereiche

Modulares Wägesystem: für jeden das Passende

Bild 1: Die unmissverständliche farbige Toleranzanzeige gibt klar an, ob die gewünschte Menge eingewogen wurde. Das intuitiv zu bedienende Terminal der ICS-Waagenserie führt das Bedienpersonal Schritt für Schritt sicher durch die Wägeabläufe.

Kontrollwägungen in der Lebensmittelherstellung Bei der manuellen Portionierung oder bei Kontrollwägungen in der Lebensmittelherstellung kommen Wägesysteme zum Einsatz, welche die strengen gesetzlichen Vorschriften und Richtlinien für Hygiene, Verbraucherschutz und Rückverfolgbarkeit erfüllen müssen. Für die unterschiedlichen Anforderungen in diesem Bereich hat Mettler Toledo, unter Berücksichtigung aller praxisrelevanten Notwendigkeiten, die neue Waagenserie ICS mit seiner kompakten und modularen Bauweise entwickelt. Diese vielseitige Baureihe besticht durch ihre Reinigungs- und Benutzerfreundlichkeit sowie ihrer Robustheit in jedem Arbeitsumfeld. Durch ihre Variabilität, sorgt diese Serie überall dort, wo gewogen wird, für eine 30

durchgängig einheitliche Arbeitsweise. Mitarbeiter können je nach ihrem Auftrag jede Waage an jedem Arbeitsplatz in jeder spezifischen Konfiguration schnell und intuitiv bedienen. Die leicht verständliche farbige Toleranzanzeige im Display gibt dem Bedienpersonal unmissverständlich an, ob ein Gewichtswert die vorgegebenen Toleranzgrenzen über- oder unterschreitet. Die mehrsprachige Bedienoberfläche und der leuchtstarke Bildschirm steigern die Benutzerfreundlichkeit und Verarbeitungsgeschwindigkeit. Man kann das Bedienterminal direkt an die Wägeplattform montieren, oder mit einem Stativ- oder separierter Montage, zum Beispiel an der Wand, verwenden.

Passend für jeden Bedarf Ihre robuste nach modernstem HygieneDesign konstruierte Edelstahlkonstruktion ermöglicht schnellste und dennoch gründliche Reinigung – auch mit Hochdruckreinigern und stark aggressiven Reinigungs- und Desinfektionsmitteln. Die Wägekapazitäten reichen von 3 bis zu 600 kg mit unterschiedlichen Plattformgrössen sowie konfigurierbaren Wägezellen. Diese sind in der vergossenen Aluminiumvariante in der Schutzart IP65 oder in der hermetisch dichten Edelstahlversion in der Schutzart IP69k erhältlich. Die Auswahl der geeigneten Wägezelle muss anhand der individuellen Einsatzumgebung und der Reinigungsverfahren erfolgen. Eine weitere Anforderung aus der Praxis zum Thema Rückverfolgbarkeit erfüllt das ergonomische Waagensystem. Alle Modelle der ICS6-Serie verfügen über eine Datenaufzeichnungsfunktion (Alibispeicher)

Bilder: Mettler-Toledo

In der Lebensmittelindustrie gelten strenge gesetzliche Vorschriften und Richtlinien zum Schutz der Verbraucher. Rufschädigende Rückrufaktionen möchte jeder Hersteller vermeiden, daher spielen die Faktoren Hygiene und Rückverfolgbarkeit eine wichtige Rolle. In diesen Prozessen zählen Waagen zu den Standard-Messgeräten; ihre Ergebnisse fliessen in die Qualitätssicherung ein. Mettler Toledo hat die neue modulare Kompaktwaagenserie ICS auf den Markt gebracht, welche durch ihre Reinigungs- und Benutzerfreundlichkeit sowie ihre Robustheit überzeugt und somit für den Einsatz in der Nahrungsmittelindustrie prädestiniert ist.

Bild 2: Das Design der neuen Waagen erlaubt schnelle und gründliche Reinigung entsprechend der Hygienevorschriften und hält robustem Umgang in der Produktion stand.

zur sicheren Speicherung der Prozessparameter und vereinfachen die Einbindung von Peripheriegeräten wie Scanner oder Etikettendruckern. Sie bieten ausserdem eine interne Datenbank zur Archivierung von Produktdatensätzen und eine Vielzahl an Schnittstellenoptionen, die eine einfache Anbindung an vorhandene Datenmanagementsysteme sicherstellen. Unter www.mt.com/ics-video-gallery kann man sich einen Eindruck verschaffen.

Kontakt Mettler-Toledo (Schweiz) GmbH Im Langacher CH-8606 Greifensee Telefon +41 (0)44 944 45 45 info.ch@mt.com ch.mt.com/ch 7– 8 / 2011

Die Mediendecke LT, the next generation

Das Herzstück der Mediendecke-LT, der neue TextilAuslass mit ausgeklügelter Mikro-Perforation und integrierter Beleuchtung, stellt eine Weltneuheit dar. Die ausgeklügelte Nutzung der Thermodynamik im Labor ermöglicht es, im Betrieb mit kleinsten Luftmengen Wärmelasten von bis zu 5 KW/Laborachse bei höchster Sicherheit und bestem Komfort abzufahren.

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Bild 1: Dachser und Borer Chemie – zwei, die seit zehn Jahren gut zusammenarbeiten.

Dachser und Borer Chemie

Zehn Jahre bewährte Zusammenarbeit Die beiden Familienunternehmen Dachser Spedition Schweiz und Borer Chemie im solothurnischen Zuchwil blicken auf eine seit zehn Jahren bewährte Zusammenarbeit zurück, die auf Kompetenz und Zuverlässigkeit basiert. Dachser als Dienstleister mit hoher Spezialisierung erfüllt die besonderen Anforderungen, welche Borer als Unternehmen der chemischen Industrie im Bereich der Gefahrguttransporte stellt.

Dachser ist ein langjähriger Partner der chemischen Industrie. Mit der Branchenlösung Chem-Logistics hat der Logistik-Dienstleister in diesem Bereich eine Vorreiterrolle und verbindet kundenindividuelle Bedürfnisse mit hohen Qualitätsstandards. Die Beförderung von chemischen Produkten stellt hohe logistische Anforderungen. Die transportierten Waren sind oft Gefahrgüter und müssen folglich unter speziellen Bedingungen befördert werden, denn Sicherheit und Qualität haben höchste Priorität. Dank jahrzehntelanger Erfahrung im Transport und Warehousing ist Dachser der kompetente Partner im Handling von gefährlichen Stoffen im Auftrag der chemischen Industrie. Dachser sieht sich dabei in der Verantwortung: sowohl was die Qualität der Dienstleistung angeht, als auch was den Schutz von Mitarbeitenden, Umwelt und Öffentlichkeit betrifft. Deshalb liegen die Sicherheits- und Qualitätsvorgaben des Unternehmens stets über den gesetzlichen Anforderungen. Borer Chemie AG mit Sitz in Zuchwil nimmt seit zehn Jahren die Dienstleistungen von Dachser Chem-Logistics in Anspruch. Borer Chemie ist ein führendes Unternehmen in den Bereichen der Reinigung und der Des32

infektion. Es entwickelt, produziert und vertreibt weltweit anerkannte Markenprodukte und erprobte Verfahren für professionelle Anwendungen in der Spitalhygiene, im Industriebereich, in Labors und im Pharmasektor. Typische Anwender der Produkte sind medizinische Institutionen, Hersteller von Präzisionsteilen, analytische Labors oder Arzneimittelhersteller. Die gesamte Herstellung, Abfüllung, Etikettierung, Verpackung sowie der termingerechte Versand der über 150 hoch spezialisierten Produkte werden am Firmensitz in Zuchwil abgewickelt.

Im Auftrag von Borer Chemie befördert Dachser Reinigungskonzentrate und Desinfektionsmittel in der Schweiz und weltweit. Höchste Sicherheit ist dabei gefragt. Die Lastwagen von Dachser sind zu diesem Zweck ausgerüstet und garantieren eine perfekte Organisation der Transportkette. Dank der Zuverlässigkeit, der Erfahrung und dem Know-how von Dachser werden für Borer Chemie durchschnittlich über 100 Sendungen pro Monat durchgeführt. Das entspricht einem Volumen von rund 40 Tonnen. «An Dachser schätzen wir sehr, dass unsere Bedürfnisse ernst genommen wer-

Ein weltweit tätiger Logistikdienstleister Der international tätige Transport- und Logistikdienstleister Dachser mit Hauptsitz in Kempten/Deutschland erwirtschaftete im Jahr 2010 einen Gesamtumsatz von 3,8 Milliarden Euro. 19 250 Mitarbeitende bewegten an 306 Standorten 46,2 Millionen Sendungen mit einem Gesamtgewicht von 35,5 Millionen Tonnen. Die Tätigkeit des 1930 gegründeten Unternehmens umfasst den nationalen und internationalen Stückgut verkehr sowie die internationale

Luft- und Seefracht. Die Dachser Spedition AG Schweiz ist eine Tochtergesellschaft von Dachser. Die erste Niederlassung hierzulande wurde im Jahr 1967 eröffnet. Heute operiert Dachser in der Schweiz von sieben Standorten aus und beschäftigt 209 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Das Unternehmen ist in Familienbesitz und erwirtschaftete in der Schweiz im Jahr 2010 einen konsolidierten Bruttoumsatz von 122,4 Millionen Franken.

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FIRMEN BERICHTEN

Bilder: Dachser

terne Beförderungsverbote mit Abfertigungssperren. Ladegefässe lassen sich identifizieren und verfolgen. Dank automatisierten Prozessen wird die Beförderung organisiert, überwacht, abgewickelt und dokumentiert. Die IT-Systeme mit den eLogistics-Anwendungen erlauben eine vollständige Transparenz mit schnell verfügbaren Informationen und tragen dazu bei, die Supply Chain zu optimieren. Weiter ermöglicht das OnlineTool ein einfaches und präzises Tracking der Ware, sodass der Kunde jederzeit seine Sendungen orten kann. Bild 2: «An Dachser schätzen wir sehr, dass unsere Bedürfnisse ernst genommen werden» sagt Markus Borer, Geschäftsführer von Borer Chemie.

den», so der Geschäftsführer von Borer Chemie, Markus Borer. Eine IT-gestützte Kontrolle überwacht die richtige Erfassung von Gefahrgut sowie in-

Optimales Preis-LeistungsVerhältnis Im Bereich Gefahrguttransport ist es von grosser Bedeutung, dass Sicherheit, Geschwindigkeit und Qualität gewährleistet sind, und das zu einem guten Preis. Dachser ist es gelungen, diese Elemente unter einen Hut zu bringen. «Dachser hebt sich

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Wasser- und Feststoffanalytik für Labor- und Online-Anwendungen

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durch ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis ab», bestätigt Borer. Die Services vom Dachser Chem-Logistics garantieren Flexibilität, Pünktlichkeit bei der Auslieferung und hervorragende Kundenbetreuung. «Unsere Mitarbeitenden bieten ausgezeichneten Service an und sind speziell für den Umgang mit Gefahrgütern geschult», sagt Urs Häner, Niederlassungsleiter Birsfelden. Dachser schult weltweit jährlich 6100 Mitarbeitende zum Thema Gefahrgut. So stehen der Kundschaft kompetente und zuverlässige Ansprechpersonen zu Verfügung. Kontakt Dachser Spedition AG Hauptsitz Schweiz Althardstrasse 355 CH-8105 Regensdorf Telefon +41 (0)44 872 11 00 dachser.regensdorf@dachser.com www.dachser.ch

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FIRMEN BERICHTEN

LC/MS-Analyse bei der Medikamentenentwicklung

Mehrfachprobenanalysen, schnell und genau Shimadzu hat im Juni während der Messe HPLC 2011 in Budapest die Nexera MP UHPLC erstmals in Europa als Front-End-System für die LC/MS vorgestellt. Das System eignet sich perfekt für LC/MS-Analysen bei pharmakokinetischen Untersuchungen oder für die Analyse von Synthesestadien bei der Medikamentenentwicklung.

In der Pharmakokinetik während der Medikamentenentwicklung müssen Mehrfachproben in kurzer Zeit analysiert werden. Um einen schnelleren Durchsatz zu erreichen, werden LC/MS-Systeme eingesetzt. Ausserdem ist dabei die Minimierung der Probenverschleppung von grosser Bedeutung, um die Zuverlässigkeit einer LC/MS-Analyse zu verbessern, wobei Massenspektrometer stetig empfindlicher werden. Bei der Analyse einer Synthesestufe besteht Bedarf an einem System, das zwei oder mehr Benutzer gemeinsam einsetzen und Stichproben ohne Verzögerung ausmessen können; Prüfsubstanzen lassen sich so schnell beurteilen und für eine effizientere Analyse identifizieren. Zudem zeichnet sich dieses System durch verringerten Energieverbrauch aus. In Kombination mit Hochleistungszubehör verfügt das Nexera MP UHPLC Front-EndSystem über herausragende Eigenschaften.

Herausragende Eigenschaften Der neue SIL-30ACMP Multiplate Autosampler, der in der Nexera MP zum Einsatz kommt, eignet sich bestens für LC/MS-Analysen. Durch die Kombination der Nexera MP mit dem LCMS-8030 Triple-QuadrupolMassenspektrometer oder dem LCMS-2020 Single-Quadrupol-Massenspektrometer lässt sich ein System zusammenstellen, das Mehrfachproben schnell und mit hoher Genauigkeit analysiert. ■ Effiziente Probenvorbereitung. Der SIL30ACMP Multiplate Autosampler zeichnet sich durch eine hervorragende Reproduzierbarkeit der injizierten Mikro-Volumina aus (zum Beispiel maximal 1 Prozent bei Injektionen von 0,5 µl). Der Einfluss der Probenlösungsmittel, die bei Analysen von entproteinisierten oder synthetischen Proben Probleme bereiten können, wird durch Re34

SIL-30ACMP Multiplate Autosampler mit optionalem CTO-30AS Kolonnenofen.

duzierung des Injektionsvolumens minimiert. Deshalb lassen sich Proben ohne vorherige Verdünnung direkt injizieren, um den Probenvorbereitungsprozess zu rationalisieren. ■ Verarbeitung von Mehrfachproben mit weltweit schnellster Injektion. Zusätzlich zur schnellen Komponententrennung kommt in der Nexera MP der SIL-30ACMP Multiplate Autosampler zum Einsatz – mit gerade einmal 7 Sekunden bietet er die weltweit schnellste Injektionszeit. Dies ermöglicht Analysezyklen mit ultrahoher Geschwindigkeit, was in der Pharmakokinetik und bei Absicherungsprozessen in der Synthese besonders erwünscht wird. Ultraschnelle Analysen reduzieren den Strombedarf und den Verbrauch des für eine Analyse benötigten organischen Lösungsmittels, was wiederum zu einer Verminderung der Umweltbelastung führt. Darüber hinaus lassen sich bis zu 2304 Proben einsetzen. ■ Geringste Verschleppung aller industriell gefertigten Systeme. Die Nexera MP hat eine äusserst geringe Verschleppung, was für LC/MS-Analysen von entscheidender Bedeutung ist. Durch Integration der Technologie, die bei den Shimadzu Prominence/ Nexera-Autosamplern zum Einsatz kommt, um die Adsorption in der Probenleitung effektiv zu unterbinden, erreicht das SIL-

30ACMP mit maximal 0,0015 Prozent (keine Spülung) die geringste Verschleppungsrate aller industriell gefertigten Systeme. Die Vielfach-Spülfunktion erlaubt die Auswahl einer für die jeweilige Probe optimalen Spülmethode. Diese Funktionen helfen dabei, verlässliche Analysen sicherzustellen, selbst wenn ein hoch empfindliches Massenspektrometer zum Einsatz kommt. ■ Mehrere Personen nutzen gemeinsam ein System. Bei Nutzung einer Nexera MP kann jede Person ohne Verzögerung eine eigene Probenplatte einsetzen, selbst wenn bereits eine Analyse im Gang ist. Deshalb lassen sich Analysen, für die früher mehrere Analysesysteme benötigt wurden, jetzt mit einem einzigen System durchführen. ■ Der Säulenofen kann entsprechend der MS-Anordnung installiert werden. Um mit einem LC/MS eine ultraschnelle Analyse durchzuführen, muss die Länge der Kapillarleitung zwischen HPLC und Massenspektrometer minimiert werden. Nur so lässt sich die höchstmögliche Trennleistung erzielen. Wird der optionale CTO-30AS Säulenofen seitlich am Autosampler angebracht, lässt sich die Montagehöhe in drei Stufen einstellen und der Winkel kann stufenlos angepasst werden. So lässt sich der Säulenausgang der Höhe des LC/MS-Interface entsprechend positionieren. Das hilft dabei, ultraschnelle LC/MS-Analysen mit hoher Trennleistung unter Ausnutzung der maximalen Systemtrennleistung durchzuführen. Die Nexera MP lässt sich mithilfe der LabSolutions-Software sowie grösseren LC/MSWorkstations anderer Hersteller steuern. Kontakt Shimadzu Schweiz GmbH Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach Telefon +41 (0)61 717 93 33 info@shimadzu.ch, www.shimadzu.ch 7– 8 / 2011

MESS-, REGEL- UND STEUERTECHNIK

Endress+Hauser Flowtec AG

Hochgenaue Durchflussmesstechnik Endress+Hauser verbindet die jährliche Bilanzpressekonferenz in Basel jeweils mit einer Fachpresseveranstaltung am Vortag. Diesmal stand die Endress+Hauser Flowtec AG im Mittelpunkt, die sich in über drei Jahrzehnten als Herstellerin von qualitativ hochstehenden Durchfluss-Messgeräten auf dem Weltmarkt etabliert hat. Am 23. Mai standen neben Referaten Besichtigungen des Flowtec-Werks in Cernay sowie der Abwasserreinigungsanlage in Village-Neuf, beide im Elsass, auf dem Programm.

Kurt Hermann Die Endress+Hauser Flowtec AG produziert seit 1977 magnetisch-induktive DurchflussMessgeräte (Markenname Promag). Im Verlauf der Jahre sind Durchflussmessgeräte nach weiteren Messprinzipien (Vortex, Coriolis, thermisch, Ultraschall) hinzugekommen. Produziert wird im Stammhaus in Reinach, in Cernay sowie in Greenwood (USA), Aurangabad (Indien) und in Suzhou (China).

Produktionsstandort Cernay Schwerpunkt des Fachpressetags am 23. Mai waren magnetisch-induktive DurchflussMessgeräte, die in Cernay produziert werden. Werkleiter Matthias Aschberger berichtete, dass seit der Gründung im Jahr 1991 das Werk stufenweise ausgebaut wurde. Begonnen wurde mit 16 Mitarbeitern, heute sind es mehr als 270. Auf mehr als 17 000 Quadratmetern werden die verschiedenen magnetisch-induktiven Durchfluss-Messgeräte nach den neuesten Verfahren produziert. Dabei durchlaufen sie vier Produktionsprozesse: die Oberflächenbearbeitung, die Auskleidung, die mechanische Bearbeitung sowie die Montage samt Tests. Zu den Kernkompetenzen gehören die komplizierten Auskleidungen der Rohre mit Kunststoff. Die Anwender wollen langzeitstabile Durchflussgeräte mit garantierter und rückführbarer Genauigkeit. Sie werden deshalb bereits während der Produktion laufend kontrolliert und schliesslich in einer der sechs Kalibrieranlagen geprüft, kalibriert und justiert. Theoretisch sind 15 Milliarden Varianten allein bei den magnetisch-induktiven Messgeräten möglich, rund 25 000 davon wur7– 8 / 2011

Bild 1: In Cernay steht eine der grössten Anlagen zur Kalibrierung von Durchfluss-Messgeräten.

den im vergangenen Jahr in Cernay produziert.

Modernste Kalibrieranlagen Um die Genauigkeit der Messgeräte einwandfrei belegen zu können, sind in allen Produktionsstätten Kalibrieranlagen nach derselben Hightech-Philosophie konstruiert und gebaut. Auf den Anlagen werden täglich Hunderte von Messgeräten auf ihre Funktionstüchtigkeit geprüft und hochgenau kalibriert – seit der Firmengründung im Jahr 1977 bereits über 1,3 Millionen. Dabei wird der vom Messgerät angezeigte Wert mithilfe eines Wasserstroms mit dem Bezugswert der Kalibrieranlage verglichen und justiert. Als global tätiges Familienunternehmen stützt sich Endress+Hauser auf international gültige Normen für die Anerkennung seiner Prüfverfahren. Deshalb sind alle Kalibrier-

anlagen gemäss strengsten Normen wie der ISO/IEC 17025 akkreditiert. Das ist weltweit einmalig und belegt das hohe Vertrauen nationaler Metrologie-Behörden in die Messtechnik von Endress+Hauser. Kein anderer Hersteller von Durchfluss-Messgeräten verfügt über diesen Qualitätsausweis. Regelmässige Kontakte zu Messinstituten wie der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Deutschland oder dem Bundesamt für Metrologie (Metas) in der Schweiz garantieren zudem, dass die Kalibrieranlagen dem allerneuesten Stand der Technik darstellen. Die grösste dieser Kalibrieranlagen befindet sich in Cernay (Bild 1). Mit ihr können selbst Messgeräte mit einem Rohrdurchmesser von 2,2 Meter geprüft werden. Dabei sorgt ein 28 Meter hoher Wasserturm für einheitliche Strömungsbedingungen während der 35

Bilder: Endress+Hauser

MESS-, REGEL- UND STEUERTECHNIK

Bild 2: Montage des Spulensystems an einem magnetisch-induktiven Durchfluss-Messgerät.

gesamten Kalibriermessung. Wenige Hundert Liter bis hin zu 6 Millionen Litern pro Stunde können mit der Anlage bewältigt werden, und dies mit gleich bleibend hoher Präzision. Die Messunsicherheit beträgt maximal 0,05 Prozent vom Messwert. Das entspricht dem Inhalt einer kleinen Champagnerflasche (etwa 0,5 Liter) auf die Füllung von fünf Badewannen mit insgesamt 1000 Litern – ein Spitzenwert.

Bild 3: Täglich werden mehrere Hundert Durchfluss-Messgeräte auf modernsten Kalibrieranlagen geprüft.

Kundennutzen im Vordergrund Eine genaue Kalibrierung nützt den Kunden von Endress+Hauser in mehrfacher Hinsicht: Sie können teure Roh- und Zwischenprodukte sicher messen und verarbeiten, die teilweise sehr strengen Qualitätsvorschriften einhalten und durch eine optimale Prozessautomation ihre Kosten reduzieren. Bei Endress+Hauser wird die Kalibrieranla-

gen als Investition in die Zukunft betrachtet. Die Wettbewerbsfähigkeit der Kunden wird gestärkt, und das gilt für den Betreiber eines Trinkwassernetzes genauso wie für den Reeder eines Erdöltankers. Die von Endress+Hauser akkreditierten Kalibrieranlagen garantieren ausserdem, dass alle im Feld erhobenen Messwerte vollständig auf nationale Standards – beispielsweise das Urkilogramm – rückführbar sind. ■

Auf das Krisenjahr 2009 folgte das Rekordjahr 2010 Die Endress+Hauser Gruppe (Reinach/ Schweiz) steigerte 2010 den Nettoumsatz um 19,8 Prozent auf 1,31 Milliarden Euro – und glich damit nicht nur den Umsatzrückgang des Jahres 2009 aus, sondern übertraf die bisherige Bestmarke des Jahres 2008 deutlich. «Wir haben uns schneller von den Auswirkungen der weltweiten Wirtschafts- und Finanzkrise erholt als erwartet», sagte CEO Klaus Endress am 24. Mai 2011 an der Bilanzmedienkonferenz in Basel. «2009 wussten wir manchmal nicht, woher die Arbeit nehmen. Im vergangenen Jahr hatten wir häufig Mühe, alle Aufträge termingerecht abzuarbeiten», verdeutlichte er die Dynamik dieser Entwicklung. Das stärkste Wachstum verzeichnete das Unternehmen in Amerika, wo sich das Geschäft noch kräftiger entwickelte als in Asien (38,2 Prozent gegenüber 28,5 Prozent). In Europa wuchsen die Verkäufe um 12,9 Prozent, in Afrika und Nahost um 10,0 Prozent. Besondere Impulse kamen aus der Lebens-

mittelindustrie, für Endress+Hauser die grösste Branche. Überdurchschnittlich beigetragen haben die Grundstoffindustrie – hier profitierte etwa der Bergbau vom Hunger nach Rohstoffen – sowie die Pharmabranche. Die übrigen Branchen entwickelten sich gut, einzig die Papier- und Zellstoffindustrie blieb im Minus. Trotz eines Fremdwährungsverlusts von 20,5 Millionen Euro konnte nicht nur das Betriebsergebnis (187,4 Millionen Euro, plus 123,2 Prozent), sondern auch das Ergebnis nach Steuern (126,6 Millionen Euro, plus 114,6 Prozent) verdoppelt werden. Die Eigenkapitalquote stieg um 3,4 Punkte auf 68,3 Prozent. Die flüssigen Mittel wuchsen um 54,4 Prozent auf 377,3 Millionen Euro und übertreffen die Bankdarlehen (50,5 Millionen Euro, 24,8 Prozent weniger als 2009) um mehr als das Sechsfache. Die Zahl der Beschäftigten in der Firmengruppe stieg um 175 auf insgesamt 8594; in der Region Basel, in der 4251 Menschen

für Endress+Hauser arbeiten, kamen 33 Stellen hinzu. 96,4 Millionen Euro (plus 2,5 Prozent) wandte die Firmengruppe für Forschung und Entwicklung auf, 7,3 Prozent des Umsatzes. «Mittlerweile stossen unsere Produktionsstätten schon wieder an ihre Kapazitätsgrenzen», sagte Endress – und dies obwohl in den vergangenen Jahren zahlreiche grosse Bauvorhaben realisiert wurden. Deshalb sind weitere Bauvorhaben geplant, wobei auch das Netzwerk für Vertrieb und Servicegestärkt werden soll. Endress+Hauser ist 2011 gut gestartet. Der Auftragseingang und der Umsatz liegen derzeit zweistellig über den Zahlen des Vorjahres. Der Finanzchef geht davon aus, dass das Ziel von 7 bis 8 Prozent Umsatzwachstum deutlich übertroffen wird. Auch der Gewinn und die Eigenkapitalquote sollen weiter steigen. 88 Millionen Euro will die Firmengruppe 2011 investieren und weltweit mehr als 600 Arbeitsplätze schaffen.

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VERFAHRENSTECHNIK

Die kleinen Helfer der Maîtres Chocolatier

Zahnradpumpen für die süsse Versuchung Es gibt sie in einer schier endlosen Vielfalt, und die Hersteller kennen keine Grenzen. Für die süssen Schleckermäuler werden Kombinationen entwickelt, die von normal bis exotisch reichen – Schokolade ist in aller Munde. Das beliebte Genussmittel Schokolade, süsse Droge der Hochkulturen Mittelamerikas, hat sich in der letzten Dekade zum Luxus- und Modelebensmittel gemausert. Der Trend zum süssen Genuss in immer neuen Variationen nimmt daher zu. Zurzeit ist die Nachfrage nach Schokoladen mit hohem Kakaoanteil gross.

Bild: Nestlé

Aus der Neuen Welt in die Alte Welt

Bild 1: Schweizer Schokolade.

Bodo Schulte-Ellerbrock 1) Um den Geschmack der Konsumenten zu treffen, werden je nach Region unterschiedliche Schokoladen entwickelt. Barry Caulbaut ist der weltweit grösste Hersteller von hochwertigen Kakao- und Schokoladenprodukten – von der Kakaobohne bis zum edelsten Fertigprodukt. Das Unternehmen entwickelt zurzeit Schokoladen, die selbst bei hohen Temperaturen nicht in der Hand, sondern erst im Mund schmelzen. Sozusagen à point. Aber auch kalorienreduzierte Schokoladen sind ein Thema der Szene. Nicht umsonst ist Schweizer Schokolade weltberühmt. Das verdankt sie den Schokoladenpionieren Daniel Peter und Rodolphe Lindt. Daniel Peter kreierte vor über 100 Jahren die erste Milchschokolade und Lindt erfand das Verfahren «Conchieren», welches der Schokolade ihre Cremigkeit verleiht. 7– 8 / 2011

Der Luxus der Azteken Die Erfolgsgeschichte der Schokolade startete schon sehr früh. Bereits vor über 3500 Jahren kannten die Maya die Kakaofrucht. Als «Frucht der Götter» – kurz auch Götterspeise (Theobroma cacao) wurde sie bekannt. Die Azteken gaben dem mit kaltem Wasser vermischten Kakaogetränk den Namen: Xocolatl, dass sich von Xócoc = bitter, atl = Wasser; also bitteres Wasser oder Kakaowasser ableiten lässt und von dem unser heutiges Wort Schokolade entstammt. Dieses Genussmittel galt bereits damals als berauschend und aphrodisierend und war nur Adeligen vorbehalten. Die Kakaobohnen erlangten einen derart hohen Stellenwert, dass sie sogar als Zahlungsmittel eingesetzt wurden.

Mit der Entdeckung Amerikas durch Christoph Kolumbus kam der «Wundertrank» nach Europa. Zunächst an den spanischen Hof. Von da aus verbreitete sich das Getränk, welches dann mit Rohrzucker und Honig gesüsst wurde, schnell über sämtliche Königreiche der Alten Welt aus. Zwei Faktoren begünstigten die Verbreitung von Schokolade im 18. und 19. Jahrhundert als Massenware für die breite Bevölkerungsschicht: Die richtige Technik plus neue Beschaffungsmöglichkeiten. Einerseits gelang es durch die richtige Technik, die Pressung des Kakaos und die anschliessende Vermahlung zu Kakaopulver zu verbessern. Andererseits erlaubte der Einsatz von günstigerem Kakao aus Amazonien, damals im Einflussbereich der Kolonialmächte Portugal und Spanien, eine breitere Beschaffung. Die Erfindung der Pressung, bei dem die Kakaobutter vom Kakao getrennt wird, und das Mahlen gehen auf den Holländer Coenraad Johannes van Houten (1801–1887) zurück.

Schokolade kann den Blutdruck senken Schokolade senkt den Blutdruck, schützt vor Herzinfarkten und Schlaganfällen, so eine deutsche Studie. Allerdings seien nur kleine Mengen von zirka sieben Gramm am Tag gesund. Für die Studie hatten die Forscher des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung in Potsdam über 19 000 Freiwillige 1) Maag Pump Systems AG, Product Manager Industrial, 8154 Oberglatt, BodoSchulte-Ellerbrock@maag.com

VERFAHRENSTECHNIK

Das Einmaleins der Schokoladen-Produktion Kakaomasse, Kakaobutter, Zucker und Milchpulver sind die vier Grundstoffe, aus denen die Schokolade besteht. Indem man sie nach bestimmten Basisrezepten mischt, erhält man die drei Schokoladengrundtypen, die gleichzeitig Ausgangspunkt aller weiteren Produktentwicklungen sind: ■ Dunkle Schokolade (Kakaomasse + Kakaobutter + Zucker + Vanille) ■ Milchschokolade (Kakaomasse+ Kakaobutter + Zucker + Milchpulver + Vanille) ■ Weisse Schokolade (Kakaobutter + Zucker + Milchpulver + Vanille).

sie die Basis für die Herstellung von Schokolade. Ein zarter Schmelz wird erst bei einer Teilchengrösse von weniger als 25 mµ erreicht. Ist die Schokolade zu grob, hat sie einen rauen, sandigen Charakter, sind die Teilchen zu klein, klebt die Schokolade am Gaumen. Im nächsten Schritt gelangt die Kakaomasse in den Mischer, den Mélangeur, wo sie mit den anderen Schokoladen-Grundstoffen Kakaobutter, Zucker und Milchpulver sowie den streng geheimen Zutaten der jeweiligen Rezepte gewichtsgenau dosiert und 30 Minuten lang intensiv geknetet wird. Bild: Maag Pump Systems AG

Bild: iStockphoto

Herzgefässe. Wie immer gilt: Auf die richtigen Dosis kommt es an.

Technik bestimmt den Geschmack

Bild 2: Schokolade kann in geringen Mengen vor Herz-Kreislauf-Erkrankungen schützen.

über einen Zeitraum von acht Jahren untersucht. Ergebnis: Personen, die im Schnitt etwa sieben Gramm kakaohaltige Schokolade am Tag verzehrten, hatten ein um fast 40 Prozent verringertes Risiko für HerzKreislauf-Erkrankungen, so die Wissenschaftler. Das Risiko für einen Schlaganfall sank bei ihnen um die Hälfte, das für einen Herzinfarkt um fast 30 Prozent. «Schokolade ist für ihren blutdrucksenkenden Effekt bekannt», meint Studienautor Brian Buijsse und empfiehlt besonders Schokolade mit einem hohen Kakaoanteil. Denn der Grund für den Gesundheitseffekt stecke im Kakao: Dieser enthält Flavanol, das sich günstig auf den Blutdruck auswirke. Generell wirken die Inhaltsstoffe von Schokolade anregend und stimmungsaufhellend. Nicht umsonst verfügten daher die GI im Zweiten Weltkrieg über eine Tagesration Schokolade. Bitterschokolade mit einem hohen Kakaoanteil hat zudem eine antioxidative Wirkung und schützt dadurch unsere 38

Betrachten wir heute die Herstellung der Schokolade, so ist die industrielle Fertigung technisch anspruchsvoll. Soll aus der Kakaomasse Schokolade werden, wird sie, abhängig vom gewünschten Produkt, mit Zucker, gegebenenfalls auch Kakaobutter und Milchprodukten vermischt. Zur Herstellung von Schokoladenmasse wird Kakaobutter nicht nur als Bestandteil der Kakaomasse, sondern auch als reines Fett zugegeben. Kakaobutter wird durch Abpressen von präparierter Kakaomasse gewonnen. Für ihre Förderung werden beheizte Pumpen von Maag Pump Systems in Edelstahlausführung Therminox mit Edelstahlwellen verwendet. Mahlen, Mischen, Walzen Zunächst werden die Kakaobohnen in einer Brechmaschine grob zerstossen. Die Schalen des sogenannte «Kakaokernbruchs» werden mittels starker Luftströmungen zur weiteren Verwendung durch andere Industrien abgesaugt. Anschliessend wird der noch grobe Kakaokernbruch in speziellen Mühlen zu einer feinen Kakaomasse vermahlen. Die dabei durch Druck und Reibung erzeugte Wärme lässt die in den Bohnen enthaltene Kakaobutter (Anteil rund 50 Prozent) schmelzen. Die nun fliessfähige Kakaomasse ist sehr dunkel, sie hat einen charakteristischen starken Geruch und Geschmack und erstarrt allmählich beim Abkühlen. Mit einer Teilchengrösse von rund 100 mµ ist

Bild 3: Beheizte Therminox-Pumpen von Maag Pump Systems in Edelstahlausführung TX mit Edelstahlwellen.

Der Teig muss den Mischer in einer ganz bestimmten Konsistenz wieder verlassen, wobei der Fettgehalt das Fliessverhalten bestimmt, um im nächsten Verarbeitungsschritt optimal gewalzt werden zu können. Im Raffineur wird die Kakaomasse im Zweistufenverfahren zu einer hauchdünnen Schicht gewalzt: zuerst durch ein Zweiwalzwerk und im Anschluss durch ein Fünfwalzwerk (bestehend aus fünf gekühlten Stahlwalzen, die das Verflüssigen der Masse verhindern). Hierdurch wird die noch recht grobe Schokoladenpaste unter den Druck- und Scherkräften so verfeinert, dass ihre einzelnen Bestandteile von der menschlichen Zunge nicht mehr identifiziert werden können (15 bis 20 mµ). Fast schon als Nebenprodukt entsteht beim Walzen der sogenannte «Kakaokuchen». Wird dieser Kakaokuchen gemahlen und gesiebt, entsteht Kakaopulver. Die ebenfalls beim Walzen gewonnene Kakaobutter ist ein wertvolles Fett mit einem ausgeprägten Aroma. 7– 8 / 2011

VERFAHRENSTECHNIK

Auf den Schmelz kommt es an Ein Teil der Kakaomasse wird grossen hydraulischen Pressen zugeführt, die ihr die Kakaobutter weitgehend entziehen. Kakaobutter ist ein edles und wertvolles Fett mit einem ausgeprägten Aroma. Gefiltert und gereinigt ähnelt sie im Aussehen der Tafelbutter, ist aber wesentlich härter. Sie gibt später, zusammen mit der Kakaomasse, der Schokolade die feine Struktur, den schönen Glanz und den delikaten, angenehmen Schmelz.

Zauberwort Kakaobutter Für die Herstellung von Schokolade ist die Kakaobutter ein wichtiger Rohstoff. Sie macht erst die Schokolade zur Schokolade und verleiht ihr den unglaublichen Geschmack und Schmelz. Die Kakaobutter zählt zu den teuersten Pflanzenfetten überhaupt. Auch die kosmetische und pharmazeutische Industrie verwendet Kakaobutter für Schönheitsartikel und für Zäpfchen. Die Kakaobutter macht Schokolade erst zu dem, was sie ist: eine süsse Verführung.

Fördertechnik Swiss Made Zum Fördern der ebenso teuren wie anspruchsvollen Masse werden Zahnradpumpen von Maag Pump Systems verwendet. Den speziellen Anforderungen der Anwendung wird die beheizte Variante in Edelstahlausführung mit Edelstahlwellen gerecht. Die Zahnradwellen bestehen bei dieser Auswahl 7– 8 / 2011

Land

Schokoladenkonsum

Land

[Kg pro Kopf und Jahr]

Schokoladenkonsum [Kg pro Kopf und Jahr]

Schweiz

12,0

Finnland

7,0

Deutschland

11,4

Belgien

6,8

Vereinigtes Königreich

10,3

Schweden

6,6

Norwegen

9,8

Italien

3,3

Dänemark

8,6

Spanien

3,3

Österreich

7,9

Irland

3,1

Frankreich

7,4

Japan

2,2

Quelle: Chocosuisse

Conchieren – Schokolade veredeln Die Kakaomasse ist im Urzustand noch sehr bitter und herb, da sich die einzelnen Zutaten noch nicht perfekt miteinander verbunden haben. Deshalb wird die Schokolade conchiert, was veredeln bedeutet. In den sogenannten «Conchen» wird die Masse erwärmt und stundenlang bewegt. Unerwünschte Aromen verschwinden dadurch und die Kakaobutter legt sich um die kleinen Schokoladenteilchen. Der Effekt: Die Schokolade schmeckt nicht mehr so bitter, wird sehr cremig und schmilzt regelrecht auf der Zunge. Das geniale Verfahren entwickelte Rodolphe Lindt übrigens bereits im Jahr 1879, fünf Jahre nachdem Daniel Peter die Milchschokolade erfand.

Tabelle 1: Schokoladenkonsum in Kilogramm pro Kopf und Jahr (Schweiz 2009, Rest 2008).

aus härtbarem 1.4112 Edelstahl und bieten eine genügend grosse Beständigkeit. Eine beheizte Ausführung ist auch deswegen sinnvoll, damit die gegebene Prozesstemperatur konstant gehalten werden kann und keine Qualitätsunterschiede auftreten können. Beim Fördern der Masse vermeidet eine konstante Temperatur das Karamellisieren. Denn ein eventuelles Karamellisieren des Zuckers in der Masse, könnte bei der Förderung zu Abrieb speziell in den Lagern führen, was in der Lebensmittelindustrie nicht erlaubt ist. Die Wahl von Maag fiel auf ein Lager aus gesintertem Siliciumcarbit, denn dieser keramische Verbundwerkstoff ist nicht nur hoch abrasionsbeständig, sondern seine Wärmeleitfähigkeit unterstützt die Vermeidung von Degradierung des Materials. Als ein lebensmitteltauglicher Werkstoff mit guten Notlaufeigenschaften ist er auch für Reinigungszyklen mit dünnflüssigen Medien gut einsetzbar. Ferner dehnt sich Siliciumcarbit über die Temperatur praktisch nicht aus. Daher muss die Bohrung im Lager von Anfang an genügend gross sein, damit das Lager beim Ausdehnen der Welle nicht auf diese aufschrumpft, welches mit anwendungsspezifischen Spielklassen sichergestellt wird.

Viskosität bestimmt den Prozess Die Kakaomasse wird im Lager, aufgrund der Reibung und der daraus resultierenden Erwärmung, dünnflüssiger. Im Generellen ist bei dünnflüssigen Massen dieser Effekt nicht gravierend. Dennoch, je höher die Viskosität, umso besser kann man einen

stabileren Schmierfilm aufbauen. Dieser Veränderung der Viskosität kann man mithilfe von konstruktiven Anpassungen, wie zum Beispiel speziellen Schmiernuten, Lagergeometrien oder Strömungsübergängen, entgegenwirken. Spezifische Spiele, sowohl für die Wellen als auch Lager, beeinflussen das Erfüllen der Anforderungen positiv. Diese ermöglichen, dass immer wieder «neue» Masse den rotierenden Teilen zugeführt wird und diese somit stetig geschmiert bleiben. Ein Degradieren von älterem stagnierendem Material und damit der befürchtete Abrieb sind ausgeschlossen. Als Dichtung wird bei Pumpen von Maag eine einfache Gleitringdichtung mit einem Siliciumgleitring verwendet, die durch eine einfache Handhabung und durch Zuverlässigkeit im Betrieb besticht.

Fazit Das effiziente Abstimmen aller Pumpenbauteile zueinander erfolgt durch ein tiefes technisches Know-how und ermöglicht somit den wirtschaftlichen Einsatz von Zahnradpumpen in der Lebensmittelindustrie – und das gilt natürlich auch für den Maître Chocolatier.

Kontakt Maag Pump Systems AG Aspstrasse 12 CH-8154 Oberglatt Telefon +41 (0)44 278 82 00 welcome@maag.com www.maag.com 39

LABOR

Schutz für Mitarbeiter und Umwelt

Umfassende Lösungen für sichere Reinräume Der Reinraum ist das Herz für die Produktion von sensiblen, wertvollen Gütern. Jede Verunreinigung etwa durch Staub, Mikroorganismen oder Rauch kann die Produktionsprozesse und Produktqualität empfindlich stören. Daneben stellt die Personensicherheit eine besondere Herausforderung dar. Aktive Wirkstoffe in der Pharmaproduktion, gefährliche Krankheitserreger in einem Sicherheitslabor, brennbare Reinigungssubstanzen oder toxische Chemikalien in der Halbleiterfertigung sind grundsätzlich ein Sicherheitsrisiko für Mitarbeiter und Umwelt. Weil sich die potenziellen Gefahren nicht vermeiden lassen, müssen sie zuverlässig beherrscht werden.

Bild: Siemens Building Technologies

Qualitätsvorgaben – gerade Reinraumumgebungen stellen extreme Anforderungen an den Produkt-, Personen- und Umweltschutz, wie eine Reihe von Beispielen zeigt.

Effektiver Explosionsschutz

Bild 1: Die besonderen Anforderungen an das Arbeiten im Reinraum verlangen auch von den Mitarbeitern viel ab.

Duri Barblan Hundertprozentige Sicherheit gibt es bekanntermassen nicht. Sicherheit ist – so eine weit verbreitete Definition (ISO/IEC Guide 51:1999) – die Abwesenheit von nicht akzeptablen Risiken. Demzufolge müssen Unternehmen und Organisationen alle potenziellen Risiken kennen und bewerten, die entsprechenden Akzeptanzniveaus definieren sowie kontinuierlich überprüfen. Die Norm ISO 31000:2009 bietet die erforderlichen Methoden für das umfangreiche Risikomanagement. Mittels Analyse und Bewertung der Risiken lassen sich projektspezifische Gefahrenquellen entdecken. Mit adäquaten Kombinationen aus organisatorischen (zum Beispiel Prozesse, Ausbildung), strukturellen (Raumund Standortstrukturen) und technischen Massnahmen lassen sich diese Risiken beherrschen. Ob aufgrund risikoreicher Substanzen und Prozesse oder höchster 40

Gase und Lösungsmitteldämpfe können aufgrund ihrer besonderen Zündeigenschaften eine gefährlich explosionsfähige Atmosphäre verursachen. Für diese explosionsgefährdeten Bereiche sind besondere Installationen und spezifische Lösungen für die Brand- und Gasdetektion sowie für die Steuerung, Regelung und Überwachung der HLK- und Prozessanlagen erforderlich. Die Gasmeldeanlage muss die zu erwartenden brennbaren Gase sicher unterhalb der Explosionsgrenze erfassen, Personen alarmieren, den Gefahrenort anzeigen und Massnahmen zur Verhinderung eines Brands oder einer Explosion einleiten. Der Einbau einer Gasmeldeanlage kann unter geltenden Explosionsschutzvorschriften zur Aufhebung oder Verschiebung einer als explosionsgefährdet geltenden Zone eines Gebäudes führen.

Umfassender Brandschutz Ein Feuer in einem Reinraum stellt das grösste Einzelrisiko dar. Als typische Auslöser eines Feuers gelten etwa Kurzschlüsse, spontane Entzündungen oder Lecks in den Behältern von einfach entflammbaren oder selbstentzündlichen Flüssigkeiten bzw. Gasen. Brandschäden an Ausrüstung und Anlagen verursachen innert Minuten Verluste in Millionenhöhe. Selbst ein kleines Feuer kann bereits beträchtliche Schäden anrichten.

Sobald ein Brand erkannt wird, führt dies meist zu automatischen Sicherheitsabschaltungen. Im Reinraum sind deren Auswirkungen besonders erheblich, da durch das Abschalten von Lüftungsanlagen und das Schliessen von Brandschutzklappen die Druckkaskaden nicht mehr aufrechterhalten werden können und dies zu einer unkontrollierten Querkontamination in den Räumen führen kann. Produkte können nicht mehr verwendet werden, und toxische Substanzen können unter Umständen aus den kontrollierten Bereichen entweichen. Es kann mehrere Tage dauern, bis ein Reinraum beispielsweise in der Sterilproduktion wieder produktiv betrieben werden kann. Ein Fehlalarm der Branddetektion hat ähnlich gravierende Auswirkungen wie ein echtes Feuer. Experten raten deshalb zu einem hohen Sicherheitsniveau in Reinräumen. Präventiver und aktiver Brandschutz ist dabei besonders wichtig.

Zuverlässige Branddetektion Entscheidend für ein zuverlässiges Brandschutzkonzept sind also die Gewähr, dass es sich um einen echten Alarm handelt, sowie die Zeitspanne, die zwischen dem Ausbruch und dem Entdecken eines Feuers verstreicht. Eine rasche Früherkennung reduziert den Prozessunterbruch auf ein Minimum und verhindert sekundären Schaden. Um die Partikelkonzentration gering zu halten, sind in Reinräumen hohe Luftwechselraten und Luftgeschwindigkeiten sowie gerichtete Luftströmungen erforderlich. Die Partikel werden mit sauberer Luft weggespült. Dieses Konzept erschwert die Branddetektion erheblich, da im Betrieb ein an der 7– 8 / 2011

LABOR

Decke montierter konventioneller Brandmelder einen Brand praktisch viel zu spät detektieren würde. Zuverlässigkeit und Früherkennung lassen sich indessen erhöhen: Einerseits können bei parametrierbaren Brandmeldern spezielle ReinraumParametersätze verwendet werden, die auf die besonders sauberen Umgebungen ausgelegt sind. Anderseits werden an geeigneten Stellen aktiv Raumluftproben aus dem Reinraum abgesaugt und auf kleinste Mengen Rauchpartikel überprüft. Wurde eine echte Brandgefahr detektiert, ist die schnelle Einleitung von angepassten Sofortmassnahmen ein kritischer Faktor. Moderne Reinraumlösungen integrieren daher Brandmeldung, Sprachalarm und Löschanlage in einem System. Dies ermöglicht der Person im Kontrollraum die LiveÜberwachung von Alarmen und Systemdefekten sowie den einheitlichen Betrieb aller integrierten Systeme.

Effiziente Löschung Die in Reinräumen verwendeten Stoffe bergen besondere Risiken, die einen Einfluss auf die angemessene Löschlösung haben. Wasser als Löschmittel kann nur bedingt verwendet werden und es sind besondere Massnahmen erforderlich, um zum Beispiel kontaminiertes Löschwasser zuverlässig aufzufangen. Der Raumschutz stellt aufgrund der Dichtigkeit der Räume, der anspruchsvollen Luftzirkulation und der erforderlichen Druckkaskaden eine besondere Herausforderung dar. Zusammen mit dem grossen Brandrisiko und dem hohen Wert bestimm-

ter Anlagen resultiert daraus der Objektschutz als hauptsächlich angewendete Löschstrategie. So werden beispielsweise Sicherheitswerkbänke (Isolatoren) mit einer autarken Objektlöschung versehen, um die kritischen Bereiche separat zu überwachen und im Ernstfall unverzüglich eine Löschung auszulösen. Hierfür werden bevorzugt Inertgase eingesetzt. Diese sind chemisch neutral, und es entstehen keine Reaktionsprodukte beim Kontakt des Löschmittels mit dem Feuer. Dadurch werden Maschinen oder die produzierten Güter durch das Löschmittel weder beschädigt noch verunreinigt – ein klarer Vorteil beim Reinraumschutz. Gewisse Inertgase (zum Beispiel Stickstoff, Argon) sind darüber hinaus ungiftig, farb-, geruchs- und geschmacklos, was insbesondere in der Pharma- und Nahrungsmittelindustrie von hoher Bedeutung ist.

Geordnete Evakuierung Wurde eine besondere Gefahrensituation, zum Beispiel ein Brand, detektiert, erfordert dies unter Umständen eine zügige Evakuierung des Gebäudes oder gefährdeter Bereiche. Auch hier stellt der Reinraum besondere Anforderungen, da zum einen während der Evakuierung keine toxischen Stoffe freigesetzt werden dürfen und zum anderen ein korrektes Ausschleusen allenfalls nicht mehr möglich ist. Aufgrund dieser spezifischen Voraussetzungen bietet sich der Einsatz von Sprachevakuierungssystemen an: Sie können neben der optischen und akustischen Signalisation die anwesenden Personen in Klartext über die aktuelle Situation informieren sowie klare Verhaltensanweisungen in die Reinräume übertragen. Dies garantiert die sichere und ge-

ordnete Evakuierung des Reinraums und der benachbarten Bereiche. Zusätzliche Sicherheitswarnungen und klare Anweisungen können zudem eine Verunreinigung durch eindringende Erkundungs- oder Löschtrupps verhindern. Der Schutz von Mitarbeitern, der Produktqualität wie auch der Umwelt hängen grundsätzlich von den jeweiligen Umgebungsbedingungen ab. Gerade Reinraumumgebungen erfordern technische Schutzmassnahmen auf höchstem Niveau, ohne Kompromisse beim Produkt- und Personenschutz. Nur wer seine Mitarbeiter und die Werte zuverlässig vor Gefahren schützt, ist langfristig sicher und produziert erfolgreich. Umfassende Reinraumlösungen integrieren die gesamte Gebäudetechnik zur Regelung, Steuerung und Überwachung von Reinräumen. So minimieren sie nachhaltig Risiken, erhöhen die Effizienz und liefern nachweisbare Konformität mit den einschlägigen Regulatorien. Das bietet maximale Sicherheit und sorgt für hohe Systemsynergien, die sich über Jahre hinweg rechnen.

Kontakt Duri Barblan Vertical Market Manager Life Safety Siemens Building Technologies Fire Safety & Security Products Gubelstrasse 22 CH-6301 Zug Telefon +41 (0)41 724 33 60 Duri.Barblan@siemens.com www.sbt.siemens.com

Lösungen aus einer Hand Ein angemessenes Sicherheitsniveau kann nur mit einem umfassenden Sicherheitskonzept erreicht werden. Ein solches bietet die Siemens-Division Building Technologies aus einer Hand: umfassende Brand- und Gasdetektion, spezifische Löschlösungen für den Raum- und Objektschutz, umfangreiche Erfahrung mit explosionsgefährdeten Bereichen sowie zusätzliche Sicherheit

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durch innovative Sprachevakuation sind nur einige Beispiele hierfür. Darüber hinaus kann der Schutz von Reinräumen mit zusätzlichen Sicherheitssystemen wie Videoüberwachung oder Zutrittskontrollen erweitert werden. Für die GMP-konformen Umgebungsbedingungen verfügt die Reinraumlösung von Siemens über bewährte und qualifizierte Elemente, von der Raum-

druckregelung über die Schleusensteuerung bis zum umfassenden Monitoring aller GMP-kritischen Parameter. Als kompetenter Lösungslieferant unterstützt Siemens die individuellen Projekte von der Konzeptphase bis zur Ausserbetriebsetzung und greift auf den Erfahrungsschatz von weit mehr als 2000 realisierten Projekten im Reinraumumfeld zurück.

A N A LY T I K

Lebensmitteluntersuchungsanstalt der Stadt Wien

Sie sorgen in Wien für gesunde Lebensmittel Die Lebensmitteluntersuchungsanstalt der Stadt Wien ist eine international anerkannte und akkreditierte Prüfund Inspektionsstelle. Gemeinsam mit dem Wiener Marktamt überwachen ihre Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter die Lebensmittelsicherheit in Wien. Bis zu 12 000 Lebensmittelproben werden jährlich untersucht.

Bild: zvg

Die Tätigkeit der Prüfstelle

Bild 1: Anspruchsvolle Untersuchungen erfordern moderne Geräte.

Kurt Hermann Im Rahmen einer von Vienna Region organisierten Pressereise (siehe Seite 46) konnte die Lebensmitteluntersuchungsanstalt der Stadt Wien (LUA) besucht werden. An der Henneberggasse im 3. Gemeindebezirk informierte der langjährige Mitarbeiter Karl Mifek über die akkreditierte Prüf- und Inspektionsstelle. Diese beschäftigt rund 60 Mitarbeiter, darunter viele Tierärzte. Dies ist kein Zufall, denn einerseits liegen die Wurzeln der Anstalt im Wiener Schlachthof St. Marx, andererseits ist die Untersuchung von Fleisch und Fleischwaren ein bedeutender Bereich der Tätigkeit der LUA. Jährlich werden in der Dienststelle rund 12 000 Lebensmittelproben untersucht. Etwa 60 Prozent der Proben sind amtlich gezogen, vor allem von den 80 Inspektoren des Marktamts (staatliche Lebensmittelpolizei), die rund 20 000 Betriebe überwachen und jährlich rund 18 000 unangekündigte Kontrollen durchführen. Beim Rest handelt es sich um sogenannte «private» Proben, beispielsweise um Proben, die von Lebensmittelunternehmen im Rahmen der innerbetrieblichen Eigenkontrolle eingereicht werden. 42

Die LUA ist nach Norm EN/ISO/EC 17025 akkreditiert. Sie umfasst zwei Bereiche: – Bereich Organoleptik (Probenannahme und Histologie)/Bakteriologie – Bereich Chemie I (Chemie, Biochemie) und Chemie II (Rückstandsanalytik). Eingehende Proben werden als Erstes computerunterstützt erfasst: Masse, Grösse, Art der Verpackung und andere Messgrössen werden erhoben. Es folgt eine organoleptische Untersuchung auf Genusstauglichkeit mittels sensorisch wahrnehmbarer Parameter wie Farbe, Geruch oder Geschmack. Lebensmittelproben, die in bakteriologischer, histologischer, chemischer oder biochemischer Sicht nicht genügen, werden den entsprechenden Untersuchungen zugeführt. Proben, bei denen der Verdacht besteht, dass ihre Zusammensetzung nicht den Vorschriften entspricht, werden chemisch untersucht. Verdorbene oder gesundheitsschädliche Proben werden zudem bakteriologisch getestet bezüglich Bakterienart und Bakterienmenge. Histologische Untersuchungen mithilfe der Mikroskopie erlauben, die gewebliche Zusammensetzung von Lebensmitteln (wie Würsten), die Artenzuordnung verschiedener Insekten (Vorratsschädlinge) oder Fremdbeimengungen in verschiedenen Lebensmitteln zu bestimmen. Chemische Untersuchungen Die Untersuchung von Würsten ist ein bedeutender Aufgabenbereich, denn in Österreich ist die Zusammmensetzung von Fleischwaren streng reglementiert. So werden beispielsweise Proben untersucht, die aus religiösen Gründen kein Schweinefleisch oder Ungarische Salami, die nur Schweinefleisch enthalten dürfen. Weiter mögliche

Fragestellungen sind: Enthält der Schafskäse wirklich keine Kuhmilch oder um welche Kartoffelsorte handelt es sich bei der eingesandten Probe. Zum Schutz vor Täuschung werden derartige Produkte biochemisch untersucht. Relativ neu sind Nachweise von Allergenen, insbesondere von Allergenen in Fisch und Fleischwaren, mittels PCR-Methoden. Mit chemischer Spurenanalytik werden Rückstände von Pflanzenschutzmitteln oder Spuren von schädlichen Schwermetallen nachgewiesen. Inhaltsstoffe wie Aflatoxine, Konservierungsmittel oder Omega-6- und Omega-12-Fettsäuren werden chromatografisch nachgewiesen. Bakteriologie Ungefähr 6000 Proben werden jährlich auf bakteriologische Parameter untersucht. Listerien, Staphylokokken «und was es alles sonst noch gibt an krankmachenden Keimen», so Mifek. Am Ende aller Untersuchungen steht ein Gutachten, das bei Aufträgen des Wiener Marktamts als Grundlage für gegebenenfalls notwendige Massnahmen (Vernichtung von Warenresten bei verdorbenen Lebensmittelproben, juristische Schritte bei Verfehlungen) enthält.

Moderne Geräte, alte Labors Unter der Führung von Mifek konnten verschiedene Labors besichtigt werden. Nicht zu übersehen waren dabei die herrschende Raumknappheit und verwinkelten Gebäudegrundrisse. Dies alles und mehr ist bekannt und wurde Anfang April auf der Homepage des «Kurier» aufgegriffen. Grundlage für den Artikel war eine vom Kontrollamt der Stadt Wien durchgeführte Prüfung der LUA im Jahr 2010. In der Kurzfassung des Prüfberichts werden 7– 8 / 2011

A N A LY T I K

Nachweis von Malachitgrün in Fischen Malachitgrün wird häufig in Fischen nachgewiesen. In vielen Nicht-EU-Staaten ist es wegen seiner unübertroffenen Wirksamkeit ein zugelassenes Medikament gegen Pilze und Parasiten bei Fischen. In den EU-Staaten (und auch in der Schweiz) ist Malachitgrün nicht zugelassen, denn es gehört zur Gruppe der Farbstoffe, die das Erbgut schädigen und Krebs auslösen können.

an der Gesundheit der 1,7 Millionen Wiener auch weiterhin zuverlässig erfüllen kann.

Wichtige Öffentlichkeitsarbeit Zu den Aufgaben der LUA gehört auch zunehmend die Öffentlichkeitsarbeit. Mit Broschüren wie «Lebensmittelzusatzstoffe –

Die Lebensmitteluntersuchungsanstalt der Stadt Wien ist österreichisches Referenzlabor für Rückstände von Malachitgrün. In den Jahren 2008 und 2009 wurde sie von verschiedenen Veterinärbehörden Österreichs mit der Untersuchung von insgesamt je 400 bis 500 Probenbeauftragt. Im Jahr 2009 mussten 20 Fischproben beanstandet werden.

Weniger ist besser» oder gratis verteilten Thermometern zur Überwachung der Kühlschranktemperatur wird Aufklärungsarbeit betrieben. Für Fragen zur Qualität, Untersuchung und Kontrolle von Lebensmitteln gibt es seit 2010 die Konsumenten-Helpline, die zusammen mit dem Marktamt betreut wird. ■

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Premium League

unter anderem «Mängel des organisatorischen, baulichen und anlagentechnischen Brandschutzes sowie Mängel bei besonderen technischen Einrichtungen. Das Betriebsgebäude der Dienststelle entsprach den Anforderungen für einen modernen Laborbetrieb nur mehr zum Teil.» Martin Hofer, der für die Kundenkommunikation der LUA zuständig ist, bestätigte gegenüber dem «Kurier» die beschriebenen Mängel: «Wir platzen hier aus allen Nähten und wissen nicht mehr, wo wir grössere Maschinen hinstellen sollen. Derzeit arbeiten wir auf 1900 Quadratmetern Fläche, benötigen würden wir doppelt so viel.» Gleichzeitig beruhigte er auch: «Wir sind ein anerkannt gutes Labor. Das zeigen internationale Ringversuche immer wieder. Noch können wir hier arbeiten. Mit der Betonung auf noch.» Es ist zu hoffen, dass die Neubaupläne für die LUA bald realisiert werden können, damit diese Ihren wichtigen Dienst

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PHARMA

Biopharmazeutika für medizinische Studien

Komplexe Wirkstoffe aus Pflanzen

«Medizin aus Pflanzen» – da kommen einem Kräutertees oder Baldrian-Tropfen in den Sinn. Mit dem was die Forscher am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME in Aachen betreiben, hat das allerdings nichts zu tun. Sie produzieren mit Pflanzen Biopharmazeutika. Das sind Proteine, die sich nicht chemisch herstellen lassen wie viele andere Medikamente. Biologisch hergestellte Arzneimittel, etwa rekombinantes Insulin oder therapeutische Antikörper zur Krebsbekämpfung, sind aus der medizinischen Praxis nicht mehr wegzudenken. Pflanzen eignen sich besonders gut, komplexe Wirkstoffe zu produzieren. Denn in Pflanzen lassen sich diese Substanzen preiswert und im grossen Massstab herstellen. Gegenüber der Produktion in tierischen Zellen haben Pflanzen den Vorteil, dass sie schnell wachsen, einfach zu pflegen sind und gut gegen schädliche Einflüsse geschützt werden können.

Exakt kontrollierte Pflanzenaufzucht Tabak war die Pflanze der Wahl. Den Grund erklärt Jürgen Drossard: «Tabak ist seit Langem eine interessante Pflanze für die Molekularbiologen. Sie lässt sich einfach transformieren, also mit einem fremden Gen versehen. Zudem entsteht schnell viel Biomasse und damit auch eine höhere Menge an den gewünschten Proteinen.» Die Wirkstoffe müssen absolut sicher sein. Deswegen sind die Anforderungen sowohl an die Pflanzenaufzucht als auch das Verfahren und die Geräte zur Aufbereitung ausserordentlich hoch. Für beides bestanden die Aachener Forscher die strengen Prüfun44

gen der Aufsichts- und Genehmigungsbehörden. «Die Tabakpflanzen werden vor allen äusseren Einflüssen geschützt und unter genau kontrollierten Bedingungen aufgezogen. Wir lassen sie praktisch auf sterilen Substraten wachsen. Und düngen kommt natürlich überhaupt nicht in Frage», sagt Thomas Rademacher. Mit der Aufzucht der Pflanzen war aber erst ein Teil des Problems gelöst. Denn wie bekommt man möglichst viel Protein aus den geernteten Blättern? Die geeigneten Geräte dafür entwickelte das Team Bild 1: Jürgen Drossard, Thomas Rademacher und Stefan Schillselbst, denn bestehende berg (v.l.n.r.) gelang es, Wirkstoffe in transgenen Pflanzen und Verfahren etwa aus der Pflanzensuspensionszellen herzustellen. Lebensmitteltechnologie arbeiten in einem ganz anderen Massstab. duzierten Proteine werden zurzeit mit dem Das komplette Aufschlussverfahren läuft Ziel geprüft, sie in klinischen Studien einzunun in einem geschlossenen Kreislauf. setzen. Mit den Antikörpern liesse sich beispielsweise ein Vaginalgel herstellen, mit dem sich Frauen vor einer HIV-Infizierung Biopharmazeutika schützen können. Derzeit arbeiten die Forfür klinische Studien scher in einem neuen Projekt daran, einen Jürgen Drossard, Thomas Rademacher und Malaria-Impfstoff in Pflanzen zu produzieren. Stefan Schillberg vom IME gelang es zusammen mit Wiltrud Treffenfeldt von Dow AgroQuelle: Fraunhofer-Gesellschaft Sciences und Uwe Gottschalk von der Sartorius Stedim Biotech S.A., Wirkstoffe in Kontakt transgenen Pflanzen und Pflanzensuspen- Dr. Stefan Schillberg sionszellen herzustellen – wirtschaftlich und Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie sicher. und Angewandte Oekologie «Wir wollten zeigen, dass es machbar ist, Forckenbeckstrasse 6 Biopharmazeutika herzustellen, die für kli- D-52074 Aachen nische Studien geeignet sind», sagt Schill- Telefon +49 (0)241 6085-11050 berg vom IME. Und genau hier steht das stefan.schillberg@ime.fraunhofer.de Team jetzt mit seiner Entwicklung. Die pro- www.ime.fraunhofer.de 7– 8 / 2011

Bild: Dirk Mahler

Die einen denken an Kräutertees, die anderen an Tabak, wenn sie das Schlagwort Medikamente aus Pflanzen hören. Einem Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME in Aachen ist es gelungen, Biopharmazeutika – etwa einen Antikörper gegen HIV – in transgenen Tabakpflanzen zu produzieren.

PHARMA

Peptidvesikel mit stabilen Membranstrukturen

Nanoträgersystem für Medikamente

Aminosäuren sind natürliche Grundbausteine von Peptiden, Proteinen und Enzymen und bieten ein breites Feld an Funktionalitäten. Einige von ihnen können je nach vorherrschenden pH-Wert ihren Ladungszustand ändern und damit strukturelle Veränderungen in einem Peptide hervorrufen und somit ein unterschiedliches Löslichkeitsverhalten auslösen. Mit diesen wandelbaren Eigenschaften bieten sich Peptide als ideale Materialien zur Herstellung von funktionellen Medikamententrägersystemen im Nanometerbereich an. Nanostrukturen können durch das Zusammenlagern sogenannter Amphiphile entstehen, die in einem Molekül einen wasserliebenden (hydrophilen) und einen wasserabstossenden (hydrophoben) Bereich vereinen.

Kritischer hydrophober Bereich Ein Knackpunkt im Design solcher Materialien mittels rein peptidischen Amphiphilen stellte bisher die Herstellung des hydrophoben Bereichs dar, um eine klare Trennung in hydrophil und hydrophob zu erlangen. Das Forschungsteam von Wolfgang Meier vom Departement Chemie und NCCR Nano der Universität Basel verwendete als hydrophoben Bereich Teile eines in der Natur vorkommenden Membranproteins, das dank seiner Sekundärstruktur nach Aussen hydrophob erscheint. Für den hydrophilen Bereich wurde eine kurze Abfolge von hydrophilen Aminosäuren gewählt. Je kürzer ein amphiphiles Molekül ist, desto sensibler und flexibler kann es auf Umwelteinflüsse reagieren, aber umso geringer sind die Möglichkeiten zur Wechselwirkung zwischen den Peptiden, um stabile Nano7– 8 / 2011

strukturen aufzubauen. Deshalb wurden die Peptide so gestaltet, dass zwischen ihnen eine gezielte Wechselwirkung stattfinden kann. Dieser Mechanismus wurde als grundlegend identifiziert, um Peptidvesikel mit einer stabilen Membranstruktur auszubilden. Dabei kam den Forschern zu Nutze, dass der verwendete hydrophobe Teil von Natur aus reich an der Aminosäure Tryptophan ist und somit in Wechselwirkung mit anderen Tryptophanen zu einer stabilisierenden Wirkung zwischen den Peptiden treten kann. Zudem wurde das hydrophobe Ende so optimiert, dass dort eine spezifische Wechselwirkung ermöglicht wurde. Der Einbau der Aminosäure Glutaminsäure im hydrophilen Bereich sorgt für das Entstehen von intermolekularen Wasserstoffbrücken und somit für weitere spezifische Wechselwirkungen. Peptidevesikel können als Trägersystem fungieren indem im Innern wasserlösliche Gastmoleküle eingeschlossen werden. Gleichzeitig können in der hydrophoben Membranschicht wasserunlösliche Stoffe eingelagert werden. Die Forscher veranschaulichten dies erfolgreich mit Fluoreszenzfarbstoffen.

Bild: Universität Basel

Forscher der Universität Basel haben ein intelligentes Nanoträgersystem auf Basis von Peptiden geschaffen. Aufgrund ihres besonderen Aufbaus organisieren sich die Peptide im Wasser selbst zu Hohlkörperstrukturen im Nanometerbereich, sogenannten Vesikel. Voraussetzung dafür ist die Ausbildung einer Membran, die nun erstmals mit reinen Peptiden erzeugt werden konnte. Das neue Nanoträgersystem kann für den Transport und Schutz unterschiedlicher Gastmoleküle wie Medikamente verwendet werden. Durch die Verwendung von Peptiden baut sich das Trägersystem nach seinem Einsatz im Körper vollständig ab.

Bild 1: Schematischer Aufbau eines Peptidvesikels aus amphiphilen Peptiden.

Medikamentenfreisetzung zu bewirken. Durch die Verwendung von Peptiden ist auch der vollständige Abbau nach potenzieller Medikamentendarreichung gewährleistet, um Anreicherungen des Trägersystems im Körper zu verhindern. Quelle: Universität Basel

Geschützte Gastmoleküle

Originalpublikation Thomas B. Schuster, Dirk de Bruyn Ouboter, Nico Bruns, Wolfgang Meier, «Exploiting Dimerization of Purely Peptidic Amphiphiles to Form Vesicles», Small, first published online: 31 May 2011 DOI: 10.1002/smll.201100701

Das vorgestellte innovative System kann für den Transport und Schutz von unterschiedlichen Gastmolekülen wie zum Beispiel Medikamenten verwendet werden. Der Einsatz von Glutaminsäure birgt zusätzlich den Vorteil, dass das System sensibel auf Umwelteinflüsse wie beispielsweise pH-Wert-Änderungen reagieren kann. Dieses Verhalten kann optimiert werden, um eine gezielte

Kontakt Prof. Wolfgang Meier Universität Basel Departement Chemie Klingelbergstrasse 80 CH-4056 Basel Telefon +41 (0)61 267 38 02 Wolfgang.Meier@unibas.ch 45

ERNÄHRUNG

Lebens- und Genussmittel in Österreich

Beiträge zu einer gesundheitsbewussten Ernährung Unter dem Motto «Ernährung mit Zukunft» hatte eine kleine Gruppe von Journalisten auf Einladung der Vienna Region Marketing GmbH die Gelegenheit, einen Einblick in den Bereich der Lebens- und Genussmittelindustrie in den Wirtschaftsstandorten Wien, Niederösterreich und Burgenland zu nehmen. Innovative Unternehmen und Forschungseinrichtungen werden kräftig gefördert – die Ergebnisse können sich sehen lassen.

Kurt Hermann Ein Aspekt der von der Vienna Region Marketing GmbH organisierten Pressereise waren Lebens- und Genussmittel. Hans Staudt gründete 1971 Staud’s GmbH. In der kleinen Feinkostfabrik mitten in Wien werden Konfitüren, Sauergemüse, Fruchtsirups und Kompotte produziert, mit denen weltweit exklusive Feinkostläden und Hotels beliefert werden. Erich Stekovics hat ein besonderes Hobby: Er züchtet Paradeiser (Tomaten). Auf seinen Feldern in Frauenkirchen im Burgenland wachsen über 3200 verschiedene Sorten. Damit nicht genug, kultiviert der initiative Landwirt in seinen Gewächshäusern auch über 300 verschiedene Chilis und Paprikas. Seit 1948 besteht die Firma Franz Haas Waffel- und Keksanlagen-Industrie GmbH. Dank des 1975 in Leobendorf (Niederösterreich) eröffneten Werks konnte sich das Familienunternehmen zum Marktführer in diesem Industriebereich mit Tochterfirmen in Deutschland, Holland, Dänemark, Brasilien, China und den USA entwickeln. Das Maschinenprogramm deckt alle Prozessschritte vom Rohstoffmischen bis zur Verpackungsvorstufe ab und enthält unter anderem Teig- und Crememischer, Backöfen, Streich- und Dekoriermaschinen, Kühler, Schneidemaschinen, Teigbandformer, Keksformmaschinen, Keksausstechmaschinen und Belüftungsmaschinen. Von der guten Qualität der österreichischen Weine konnten sich die Teilnehmer der Pressereise gleich an zwei Orten überzeugen: bei der Loisium Keller Betriebs GmbH & Co. KG in Langenlois (Niederöstrreich) und auf dem Weingut Gernot Heinrich in Gols (Burgenland). 46

Mit zwei Schwerpunkten beschäftigt sich der Lebensmittel Cluster Niederösterreich: Lebensmittelqualität und Lebensmittelsicherheit sowie Bio- und Regionalprodukte. Insgesamt 89 Betriebe mit rund 10 000 Mitarbeitern beteiligen sich am Cluster. (Stand Juni 2011). Vertreten ist die ganze Branche, von der Landwirtschaft über die Verarbeitung bis hin zum Handel. Im Dienst der Lebensmittelsicherheit steht die Lebensmitteluntersuchungsanstalt der Stadt Wien (siehe Artikel «Sie sorgen in Wien für gesunde Lebensmittel» auf Seite 42).

Technopole in Niederösterreich Eine Besonderheit der Wirtschafts- und Forschungsförderung in Niederösterreich sind Zentren mit einem technologiebasiertem Bildungs- und Wirtschaftsumfeld, sogenannte «Technopole». Claus Zeppelzauer von ecoplus sagte in Tulln: «Der Name Technopol ist eine niederösterreichische Erfindung mit dem Grundgedanken, Forschung, Bildung und Wirtschaft an einem Ort zu konzentrieren.»

Konkret geht es darum, den Technologietransfers vor Ort zu verstärken, die öffentlichen Forschungskapazitäten zu nutzen und vor allem die Gründung von technologiebasierten Unternehmen zu fördern. Schwerpunkte der einzelnen Technopole sind ■ in Krems: Medizinische Biotechnologie (Blutreinigungssysteme, Tissue Engineering, Zelltherapie), Zellbiologie/-physiologie Bauphysik – Energiesysteme, IKT-Visual Computing ■ in Tulln: Bioanalytik, Pflanzenzüchtung, Umweltbiotechnologie, Nutzung nachwachsender Rohstoffe ■ in Wiener Neustadt: Materialien, Oberflächen, Medizin-Technik, Sensorik/Aktorik, Verfahrens- und Prozesstechnologien ■ in Wieselburg: Bioenergie (in Vorbereitung).

Der Technopol in Tulln Zum Technopol Tulln gehören das Department IFA-Tulln sowie weitere Institute der Universität für Bodenkultur Wien, das Austrian Institute of Technology (AIT), die Tech-

Die Vienna Region Marketing GmbH Die regionalen Wirtschaftsagenturen der drei Bundesländer Wien, Niederösterreich und Burgenland – Wirtschaftsagentur Wien, ecoplus (Niederösterreichs Wirtschaftsagentur GmbH) und Wibag (Wirtschaftsservice Burgenland AG) haben sich im Jahr 2008 zur Vienna Region Marketing GmbH zusammengeschlossen. Zu den zahlreichen Zielen der Gesellschaft gehört die internationale Positionierung und Vermarktung des Wirtschafts- und Technologiestandorts. Zusammen mit den regiona-

len Wirtschaftsagenturen unterstützt Vienna Region auch Investoren und Betriebsgründer. Jedes der drei Bundesländer hat besondere Qualitäten: Wien mit seinem starken Dienstleistungssektor, Niederösterreich mit seiner langen Industrietradition und das Burgenland, das in den letzten Jahren im Tourismus und Wellness-Bereich besondere Anstrengungen unternommen hat. Allen drei gemeinsam ist das besondere Engagement im Bereich Hightech und F&E.

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Bilder: Wikipeda

ERNÄHRUNG

Bild 1: Verbreitete Mykotoxine: Aflatoxin B1 (1), Deoxynivalenol (2), Zearalenon (3).

Mykotoxinforschung in Tulln Mykotoxine (Pilzgifte) – Beispiele sind Aflatoxin B1 (1) aus Aspergillus flavus, Deoxynivalenol (2) aus Trichoderma oder Zearalenon (3) aus Fusarium graminearum (Bild 1) – stellen sowohl für Nahrungs- als auch für Futtermittel ein grosses Problem dar. Sie können bei Menschen und Tieren vielfältige Schädigungen bewirken. Am Interuniversitären Forschungsinstitut für Agrarbiotechnologie IFA, arbeiten knapp 150 Forscher. 50 Personen sind aktiv und direkt an der Mykotoxinforschung beteiligt. Ein Resultat ihrer Aktivität ist die simultane Bestimmung von über 200 Mykotixinen (Bild 2). Frank Berthiller, der über die Mykotoxinforschung in Tulln referierte, leitet das Christian Doppler Labor für Mykotoxin Metabolismus, das am 28. Februar 2011 eröffnet wurde. Berthiller, ein gebürtigen Tullner, forscht seit 2003 am IFA Tulln über Mykotoxine, unterbrochen von Aufenthalten in Dänemark und Kanada. Ein Schwerpunkt des neuen siebenjährigen Tullner Forschungsprojekts ist es, die Verstoffwechs7– 8 / 2011

lung von Mykotoxinen in pflanzlichen, tierischen und mikrobiellen Organismen zu studieren. «Besonderes Augenmerk wird auf die Bildung von konjugierten und gebundenen Mykotoxinen nach Infektion von Nutzpflanzen wie Mais oder Weizen gerichtet. Diese ‹maskierten› Mykotoxine sind weitgehend unerforscht, können aber zur Gesamtbelastung von Nahrung und Futter mit Mykotoxinen beitragen», erklärt Berthiller. Konkret geht es beispielsweise darum, dass Pflanzen sich gegen Mykotoxine wehren, indem sie Glucoseeinheiten an diese anlagern. Die Reaktionsprodukte werden entweder in löslicher Form gespeichert oder in die Zellwand eingebaut, wodurch sie für die Pflanzen unschädlich werden. Derart kontaminierte Nahrungsmittel können für Mensch und Tiere gefährlich sein, wenn die Mykotoxine im Körper wieder freigesetzt werden. Über die dabei auftretenden Prozesse ist noch wenig bekannt. Zudem lassen sich maskierte Mykotoxine

mit den gängigen Methoden (LC/MS) nur sehr schwer oder überhaupt nicht nachweisen. Im neuen Labor, das in Kooperation mit den Firmenpartnern Biomin und Nestlé betrieben wird, bleibt also noch viel zu tun. ■

Die Christian Doppler Labors Die Christian Doppler Laboratorien sind technisch-wissenschaftliche Forschungsinstitute, die an Österreichischen Hochschulinstituten ab dem Jahr 2000 gegründet wurden. Sie sind nach dem österreichischen Wissenschaftler Christian Doppler (1803–1853) benannt. Talentierte Wissenschaftler, denen von der Christian Doppler Forschungsgesellschaft ein CD-Labor zugesprochen wird, können während sieben Jahren in einem definierten Bereich forschen. Jeweils die Hälfte der Kosten werden von der öffentlichen Hand und Industriepartnern getragen. Quelle: Wikipedia

Bild: Franz Berthiller

nopark Tulln GmbH, die Technologiezentrum Tulln GmbH, die Landwirtschaftliche Fachschule, die Zuckerforschung Tulln, die Stadt Tulln sowie acht technologieorientierte Industriebetriebe. Geforscht wird am IFA Tulln mit dem Christian Doppler Laboratorium für Mycotoxin Metabolismus und dem Christian Doppler Pilot-Labor für Allergendetektion, an der FH Wiener Neustadt/Tulln sowie in der privaten Zuckerforschung Tulln. Bildungseinrichtungen sind die FH Wiener Neustadt/Tulln, das IFA Tulln sowie die Landwirtschaftliche Fachschule Tulln.

Bild 2: LC-MS/MS-Bestimmung von mehr als 200 Mykotoxinen.

WERKSTOFFE

Polymere mit Formgedächtnis

Intelligentes Material am Haken Im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «Intelligente Materialien» (NFP 62) haben sich die Forscher des Adolphe Merkle Instituts (Freiburg) bei der Entwicklung von Polymeren mit Formgedächtnis am Beispiel der Seegurke inspiriert. Eine erste Anwendungsmöglichkeit könnte ein künstlicher Köder zum Angeln sein. Die Freiburger Wissenschaftler fassen aber auch schon andere – hochtechnologische – Anwendungen in der Medizin ins Auge.

Bild 1: Wenn ein Polymer mit Formgedächtnis ins Wasser getaucht wird, lösen sich die chemischen Bindungen zwischen den Nanofibern aus kristalliner Zellulose und das Polymer findet zu seiner ursprünglichen Geometrie zurück. Bild: Institut Adolphe Merkle/SNF

Der künstliche Wurm ist völlig reglos, wenn Johan Foster, ein Forschungsgruppenleiter am Adolphe Merkle Institut (AMI), den Köder auf die Spitze des Angelhakens aufzieht. Kaum im Wasser beginnt er jedoch, sich hin und her zu winden und – zumindest für den menschlichen Betrachter – das Verhalten seines natürlichen Vorbilds zu imitieren. Unter dem Einfluss der Flüssigkeit nimmt dieses Stück Polymer mit Formgedächtnis seine ursprüngliche Geometrie wieder ein.

Wirbellos, aber intelligent Auf dem Weg zu diesem Ergebnis liessen sich die Forscher des AMI um Christoph Weder und Johan Foster von der Seegurke inspirieren, einem im Meer lebenden Organismus, dessen eigentlich weiche Haut sich bei Berührung unmittelbar versteift, da sie zahlreiche Kollagenfasern enthält. Ist das Tier ruhig, so sind diese Fasern voneinander unabhängig. Sobald die Seegurke aber berührt wird, schüttet sie Peptide aus, die es diesen Fasern ermöglichen, sich miteinander zu verbinden und eine Art Gerüst zu bilden, das die Haut versteift. Selbstverständlich ist dieser Mechanismus umkehrbar, was die Haut der Seegurke zu einem natürlichen intelligenten Material macht. Im Fall des künstlichen Wurms haben die Wissenschaftler des AMI kristalline Zellulose48

Nanofasern in ein Polymer eingebettet. Die Nanofasern sind natürlichen Ursprungs: Gewonnen werden sie etwa beim Auflösen von Baumwolle oder Papier. Auch wenn sie eine einfache Struktur aufweisen, sind ihre mechanischen Eigenschaften doch vergleichbar mit denen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Wenn man sie in ein Polymer einbettet, verbinden sich diese Fasern über Wasserstoffbrücken miteinander. Je nach Grösse und Konzentration der Fasern kann das Polymer dann so steif wie eine CD-Hülle werden. Durch Zugabe von Wasser jedoch werden diese Wasserstoffbrücken geschwächt: Das Polymer wird so weich wie Kautschuk. Auch hier ist der Mechanismus nach Belieben umkehrbar, was dieses Verbundmaterial zu einem intelligenten Material macht.

Formgedächtnis Um einen künstlichen Wurm herzustellen, reicht es entsprechend, ein Stück dieses Materials zu befeuchten, es in die Länge zu ziehen, in alle Richtungen zu verdrehen und es anschliessend zu trocknen. Beim Trocknen gewinnen die Wasserstoffbrücken zwischen den Fasern wieder die Oberhand und lassen das Polymer in seinem verformten Zustand erstarren. Wirft man es erneut ins Wasser, werden die Verbindungen geschwächt, und es nimmt aufgrund der Elas-

tizität wieder seine Ursprungsform an. Auch wenn Köder ein erstes, einfach zu realisierendes Produkt wären, so wurden die künstlichen Würmer primär hergestellt, um die Eigenschaften und das Potenzial von Materialien mit Formgedächtnis zu demonstrieren. Weder und Foster stellen sich für ihre Materialien auch hochtechnologische Einsatzmöglichkeiten vor. So könnten diese beispielsweise als Substrat für Elektroden dienen, die ins Gehirn implantiert werden. Solche Elektroden müssen möglichst steif sein, um eine äusserst präzise Platzierung sicherzustellen. Diese Steifigkeit beschleunigt jedoch die Abstossung durch den Organismus. Da die Gehirnflüssigkeit grösstenteils aus Wasser besteht, könnten die durch das AMI entwickelten Materialien beide Anforderungen erfüllen: Steifigkeit bei der Implantation und anschliessende Weichheit, um die Abstossung hinauszuzögern. Quelle: Schweizerischer Nationalfonds Kontakt Prof. Dr. Christoph Weder Institut Adolphe Merkle Universität Freiburg Rte de l’Ancienne Papeterie Case postale 209, CH-1723 Marly 1 Telefon +41 (0)26 300 94 65 christoph.weder@unifr.ch www.am-institute.ch 7– 8 / 2011

WERKSTOFFE

Mehr Licht und grössere Lebensdauer

Nanosäulen leuchten besser ohne Gold Säulen aus Galliumarsenid sind eine Alternative zu Schichten, denn sie wachsen auch auf Silicium in guter Qualität. Forscher des Paul-Drude-Instituts in Berlin konnten jetzt den Nachweis erbringen, dass der häufig verwendete Goldkatalysator die Eigenschaften der Säulen empfindlich stört.

Alle wollen es – nur die Halbleiterphysiker nicht. Für sie ist Gold nicht das geliebte Edelmetall, sondern ein Störenfried, der die elektronischen Eigenschaften ihrer Materialien verschlechtert. Trotzdem verwenden sie Gold häufig als Katalysator für das Wachstum von Nanosäulen – weil das so schön einfach geht. Das Gold wird auf einer Unterlage abgeschieden und erhitzt. Es fliesst zu kleinen Tröpfchen zusammen, welche als Keime für das Säulenwachstum dienen. Die Säulen schieben das Gold während des Wachstums wie eine kleine Kappe nach oben. Wahrscheinlich wandert das Gold dabei auch in das Säulenmaterial. Experimentell nachweisen kann man das aber nur schwer. «Für einen direkten Nachweis von Gold im Halbleiter bräuchte man eine Methode mit sehr hoher Empfindlichkeit und Ortsauflösung», sagt Lutz Geelhaar vom Paul-DrudeInstitut (PDI). Schliesslich liegt nur wenige Nanometer von der Messstelle entfernt das Goldkäppchen, welches die Messungen verfälschen kann. Die PDI-Forscher fanden jetzt bei Galliumarsenidsäulen indirekte Hinweise auf den Einbau von Gold. GaAs dient unter anderem als Material für Leucht- und Laserdioden sowie für Solarzellen hoher Effizienz, wie sie in Satelliten verwendet werden. Damit Halbleiter wie GaAs auch auf Silicium wachsen, arbeiten Forscher zunehmend daran, sie nicht als Schicht sondern als Säulen zu züchten. Hier wirken sich Verspannungen aufgrund unterschiedlicher Kristallgitter nicht so stark aus.

Die Forscher verglichen die Eigenschaften von GaAs-Säulen, die mit Gold gewachsen waren und solchen, bei denen reines Gallium als Keim diente. Mittels Fotolumineszenzmessungen bestimmten sie, wie viel Licht die Säulen nach Anregung durch einen Laserstrahl aussandten. Die Messmethode beruht darauf, dass Halbleiter nach energetischer Anregung Elektronen und Löcher bilden, die sich dann wieder vereinigen und dabei Licht aussenden. Es zeigte sich, dass die goldfreien Säulen über hundertmal mehr Licht abgaben als die mit Gold gewachsenen. Auch die Lebensdauer der Ladungsträger im goldfreien Halbleiter war viel grösser – die Säulen strahlten 3 Nanosekunden lang. Mit Gold war dagegen bereits nach 8 Pikosekunden alles vorbei, was rund vierhundert Mal kürzer ist. Die Intensität des Lichts und die Abklingdauer sind ein Mass für die optoelektronischen Eigenschaften des Materials, die sogenannte interne Quanteneffizienz. «Diese grossen Unterschiede hätten wir nicht erwartet», so Geelhaar. Er betont, dass das Verfahren kein direkter Nachweis für Goldatome im Halbleiter ist. «Aber alles spricht dafür, dass die drastischen Eigenschaftsveränderungen auf das Gold zurückzuführen sind.» Die Lebensdauer der Ladungsträger verglichen die Forscher auch mit Werten aus der Literatur für vergleichbare Schichten: «Unsere goldfreien Säulen übertreffen die Schichten auf Silicium sogar schon», so der Physiker. Vieles spricht also dafür, dass Säu-

Bild 1: Säulen aus Galliumarsenid haben bessere optische Eigenschaften, wenn sie ohne Goldkatalysator wachsen. Bild: PDI

len die Schichten einmal ersetzen können. Unter einer Bedingung: Man lässt das Gold weg. Originalpublikation Steffen Breuer, Carsten Pfüller, Timur Flissikowski, Oliver Brandt, Holger T. Grahn, Lutz Geelhaar, Henning Riechert, «Suitability of Au- and Self-Assisted GaAs Nanowires for Optoelectronic Applications», Nano Letters 11 [3],1276-1279 (2011). Kontakt Dr. Lutz Geelhaar Paul-Drude-Institut Hausvogteiplatz 5–7 D-10117 Berlin Telefon +49 (0)30 20377 359 lutz.geelhaar@pdi-berlin.de www.pdi-berlin.de

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WERKSTOFFE

Recyclingquoten von 60 Metallen

Ein enormes brachliegendes Potenzial Metalle werden weltweit viel zu selten dem rezykliert. Das ungenutzte Potenzial ihrer Wiederverwendung ist enorm. Dies zeigt der Statusreport «Recycling Rates of Metals» des Umweltprogramms der Vereinten Nationen UNEP. Zwar liegt bei 18 Metallarten die Recycling-Quote bei immerhin 50 Prozent oder darüber, bei vielen anderen aber knapp bei Null. Eine «Recycling-Gesellschaft» bleibt somit bloss ferne Hoffnung, so die ernüchternde Bilanz.

Zu den 18 am häufigsten rezyklierten Metallen gehören unter anderem Blei, Gold, Silber, Aluminium, Blech, Kupfer, Zink, Eisen und Kobalt. Bei 34 der untersuchten Metalle wird jedoch nicht einmal der hunderste Teil wiederverwertet – darunter Indium, Beryllium, Gallium, Strontium, Germanium oder Tellurium, allesamt wesentliche Bestandteil von Hightech-Geräten. Während die Neugewinnung von Metallen durch Extraktion sieben Prozent des weltweiten Energieverbrauchs verschlingt, kommt das Recycling mit bloss der Hälfte bis zu einem Zehntel des Aufwands aus, wodurch es auch das Klima schützt.

Alte Handys aus der Schublade «Die Endnutzer müssen noch stärker dazu angehalten werden, alte Elektronik der Wiederverwertung zuzuführen statt etwa alte Handys zu horten», fordert Graedel. Preisanstiege durch Knappheiten geben dem Recycling zwar auch Auftrieb, lösen das Problem jedoch nicht. Denn speziell bei neuer Technik – Graedel nennt hier FotovoltaikAnlagen, Windturbinen, Elektrofahrzeuge, 50

Bild: Matthias Feilhauer (Wikipedia)

Die UNEP-Experten überprüften systematisch 60 Metalle des Periodensystems danach, ob sie in der Praxis noch ein zweites, drittes oder auch viertes Mal wiederverwendet werden (Tabellen 1 und 2). Grosse Unterschiede kamen hier zutage. «Bei Metallen, die in grösseren Mengen oder als Reinstoffe im Einsatz sind, wird mehr als die Hälfte wiederverwertet. Kaum trifft das jedoch bei einer hohen Zahl jener Stoffe zu, von denen nur kleinste Mengen in den Geräten landen», so Berichtsautor Thomas Graedel von der Yale University gegenüber pressetext.

Bild 1: Auch eine Art, kostbare Metalle zurückzugewinnen: Elektronikschrott-Recycling per Hand in Indien.

Halbleiter, LED und medizinische Bildgebung – gibt es noch kaum Recycling-Erfahrung. «Hier brauchen wir neue Verfahren. Denn viele Hightech-Produkte des 21. Jahrhunderts rezyklieren wir mit Methoden des 20. Jahrhunderts.» Langfristig noch günstiger wäre allerdings, im Produktkreislauf schon lange vor der Rückgewinnung einzugreifen. «Gerade im Design gibt es hier noch enorme Möglichkeiten, Produkte leichter handhabbar zu machen. Bisher lautete die Anforderung immer, die Leistung zu steigern. Der Fokus sollte künftig stärker auf der Eignung zur Wiederverwertung liegen», so der UNEPForscher. Wiederverwertungsketten in grossem Stil durch Kooperationen sind die Zukunft, schätzt der Experte. «Die Beispiele dafür häufen sich, da sich die Industrie im-

mer mehr ihres künftigen Materialbedarfs bewusst wird.»

Sparen unvermeidbar Neben Wiederverwertung ist jedoch auch mehr Sparsamkeit unumgänglich, hat die UNEP bereits früher festgestellt. Erfolgt keine radikale Trendumkehr, verbraucht die Menschheit im Jahr 2050 dreimal so viele Materialien wie heute, was weit jenseits der tragbaren Grenze ist.) Quelle: pressetext.austria Originalpublikation «Recycling Rates of Metals: A Status Report», herausgegeben von der UNEP im Mai 2011. Die Publikation kann herutergeladen werden unter www.unep.org/ resourcepanel/metals_recycling 7– 8 / 2011

WERKSTOFFE

Recyclingquote > 50 %

Haupteinsatzgebiete

Recyclingquote < 1 %

Haupteinsatzgebiete

Blei

Batterien

Gold

Schmuck, Elektronik

Silber

Elektronik, Katalysator, Batterien, Spiegel, Schmuck

Beryllium Gallium Indium Selen

Elektronik Elektronik (IC, LED, Dioden, Solarzellen) Beschichtung in Flachbildschirmen Glasherstellung, Manganproduktion, LED, Fotovoltaik, Infrarotoptik Pyrotechnik, Ferritkeramikmagnete für Elektronik Kondensatoren in Elektronik Nachtsicht-IR-Linsen (30 %), PETKatalysatoren (30 %), Solarzellen, Kondensatoren, Faseroptik Faseroptik Stahladditive, Solarzellen, Thermoelektronik Kernreaktoren, Elektronik (wenig) Kernreaktoren Medizinische Ausrüstung Hochfeste niedriglegierte Stähle Halbleiter (Elektronik, Fotovoltaik), Legierungsbestandteil; Arsenoxid: Holzschutzmittel und Glasproduktion «drilling fluid» (~ 80 %); Füller in Kunststoffen, Farben, und Gummi (~ 20 %) Metallurgisches Additiv und Legierungsbestandteil Batterien Batterien Aluminiumlegierungen Leuchtstoffe Leuchtstoffe Leuchtstoffe Szintillator in der Computer tomographie Katalysator Gelegentlich Katalysator (geringe industrielle Bedeutung) Keine bedeutenden Anwendungen Glasherstellung, Magnete Keramik und Magnete Glas, Keramik, Magnete Magnete

Aluminium

Bau, Transport

Zinn

Dosen, Lötzinn

Kupfer

Strom- und Wärmeleitung

Chrom

Rostfreier Stahl

Nickel

Rostfreier Stahl, Superlegierungen

Niob

Hochfeste niedriglegierte Stähle, Superlegierungen

Mangan

Stahl

Zink

Stahlbeschichtungen, Verzinken

Eisen

Basis und Hauptkomponente aller Ferrometalle

Cobalt

Superlegierungen, Katalysatoren, Batterien

Rhenium

Superlegierungen (Hauptanwendung: Gasturbinen), Katalysatoren

Titan

Farben, Transport

Palldium, Platin, Rhodium

Autokatalysatoren

Recyclingquote 25 – 50 % Haupteinsatzgebiete Magnesium

Bau und Transport

Molybdän

Rostfreie Hochleistungsstähle

Iridium

Elektrochemie, Tiegel für Monokristallzüchtungen, Zündkerzen

Recyclingquote 10 – 25 % Haupteinsatzgebiete Wolfram

Hartmetallwerkzeuge

Ruthenium

Elektronik (Festplatten), Prozesskatalysatoren, Elektrochemie

Cadmium

Batterien (85 %), Pigmente (10 %)

Strontium Tantal Germanium

Erbium Tellur Hafnium Zirkonium Thallium Vanadium Arsen

Barium Wismuth Lithium Lanthan Scandium Yttrium Europium Ytterbium Lutetium Cer Osmium

Recyclingquote 1 – 10 % Haupteinsatzgebiete Quecksilber

Meiste Anwendungen auslaufend, Chloralkali-Elektrolyse

Antimon

Flammschutzmittel (65 %), Blei-Säure-Batterien (23 %)

Tabellen 1 (oben) und 2 (rechts): Recyclingquoten von 60 Metallen. Quelle: Pressemeldung der UNEP vom 26. Mai 2011, übersetzt leicht bearbeitet von Kurt Hermann.

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Thulium Praseodym Gadolinium Bor Neodym, Samarium, Terbium, Dysprosium, Holmium

Bild 1: Planktonprobenahme im Vierwaldstättersee (links, 1940), Messung der Radioaktivität in Flusswasserproben im Eawag-Labor 1955 (Mitte) und Limnologiekongress 1952 (rechts).

Gesundes Wasser – Balanceakt zwischen Mensch und Umwelt

75 Jahre Wasserforschung an der Eawag Am 22. Juni 2011 feierte die Eawag ihr 75-jähriges Bestehen mit einem Infotag unter dem Titel «Gesundes Wasser – ein Balanceakt zwischen Mensch und Umwelt». Denn zum Balanceakt wird ein nachhaltiger Umgang der Gesellschaft mit Gewässern, Trink- und Abwasser im Zeichen von begrenzten Ressourcen und Klimawandel je länger umso mehr.

Wasser erforscht. Parallel dazu erprobten Eawag-Ingenieure Desinfektionsverfahren – nebst der Chlorierung auch solche mit Ozon, UV, Aktivkohle und ab den 1980erJahren mit Membranen. Immer an vorderster Front forschte die Eawag sodann im Bereich der Analytik von kleinsten Stoffspuren. Bereits in den 1970erJahren trug sie massgeblich zur Entwicklung der hochauflösenden Gaschromatografie bei. Zur Analytik kam die ökotoxikologische Bewertung der Stoffe und von chemischen Prozessen im Wasser hinzu. Verstärkt richtet sich das Augenmerk heute auch auf Umwandlungsprodukte, die etwa unter dem Einfluss von UV-Licht entstehen und nicht zwingend harmloser sind als ihre Ausgangssubstanz. So sind zum Beispiel

Bilder: Eawag

Welchen Aufwand will oder muss die Gesellschaft betreiben für sauberes Wasser und intakte Gewässer? Seit 75 Jahren leistet die Wasserforschung der Eawag in den Bereichen Trinkwasser, Abwasser und Gewässerökologie wichtige Beiträge, um Antworten auf diese Frage zu finden und wissenschaftlich abzustützen – sowohl im Wasserschloss Schweiz als auch international. In ihrer Anfangszeit berechnete die Eawag vor allem die Dimensionierung von Versorgungsanlagen, Abwasserreinigungsanlagen und Kanalisationen. Beim Trinkwasser kam schon in den 1940er-Jahren die Exploration von Grundwasservorkommen dazu, und in Feldversuchen wurde die Reinigungswirkung des Untergrunds auf das versickernde

Bild 2: Anlage mit Mikrokosmen für evolutionsbiologische Langzeitexperimente (Seenlabor in Kastanienbaum, 2010).

vom verbreiteten Schmerzmittelwirkstoff Diclofenac Folgesubstanzen bekannt, die in der Umwelt zehnmal gefährlicher sind als Dicolfenac selbst. Umwelttoxikologen und Chemiker an der Eawag haben deshalb Tests entwickelt, die aufdecken, wann die Prüfung der Ausgangssubstanz nicht ausreichend ist.

Im Trinkwasser ist mehr Leben als bisher angenommen Für die mikrobiologische Analytik des Trinkwassers macht in jüngster Zeit die Durchflusszytometrie Schule. Das zuvor aus der Medizin bekannte Verfahren wurde von der Eawag zusammen mit Geräteherstellern und Wasserversorgern weiterentwickelt. Jetzt kann es das über 100-jährige aufwendige Verfahren des Ausplattierens von Bakterien sukzessive ersetzen. Die Resultate zeigen, dass auch im saubersten Trinkwasser mehr Leben ist, als die bisherigen Aufwuchsmethoden detektiert haben: Statt 100 sind es 100 000 lebensfähige Keime pro Milliliter. Ein Grund zur Sorge ist das aber noch nicht. Im Gegenteil: Die viel präzisere Auswertung erlaubt nicht nur Aussagen über die Funktion der Wasseraufbereitung, sondern auch über die biologische Stabilität von Trinkwasser. Denn nur im biologisch stabilen Trinkwasser verhindern unbedenkliche Bakterien das Aufwachsen von Krankheitserregern, sodass auf eine Chlorung verzichtet werden kann. 7– 8 / 2011

U M W E LT

Abwasserinfrastruktur: grösser heisst nicht immer billiger

Vernetzung der Lebensräume für stabile Populationen

87 000 Kilometer Kanalisation, 759 Grossund 3 500 Kleinkläranlagen – in der Schweizer Abwasserinfrastruktur stecken rund 220 Milliarden Franken. Viele dieser Werke wurden in den 1970er-Jahren gebaut und sind heute sanierungsbedürftig. Jetzt stellt sich die Frage, ob sie erneuert werden sollen, oder ob andere Systeme besser geeignet wären. Grosse Abwasserreinigungsanlagen sind zwar effizient, doch müssen dafür auch grosse Kanalnetze erstellt werden. Darum prüft die Eawag auch kleinere dezentrale Systeme. Mit solchen kann flexibler auf Veränderungen (Bevölkerungsentwicklung, Klimawandel) reagiert werden, und sie können nicht nur auf die Nährstoffelimination sondern auf ein energie- und ressourcenschonendes Nährstoffrecycling ausgerichtet werden. Sind verschiedene Systeme verfügbar, erlaubt das ausserdem, gezielter auf die jeweiligen Bedürfnisse vor Ort einzugehen.

Sauberes Wasser allein genügt dem Anspruch an einen integralen Gewässerschutz nicht. Studien der Eawag haben bereits Ende der 1970er-Jahre aufgezeigt, wie Flusskorrektionen und künstliche Barrieren die Fliessgewässer als Lebensräume entwertet haben. Heute erkennen Forschung und Praxis immer deutlicher, dass damit nicht nur seltene Arten ausgerottet werden, sondern dass die Gewässer auch andere «Ökosystemdienstleistungen» nicht mehr erfüllen können. Die Kantone sind deshalb vom Bund beauftragt, festzulegen, welche Bäche und Flüsse im Spannungsfeld von Nutzung und Schutz prioritär revitalisiert werden sollen. Die Ökosystemforschung an der Eawag kann dank modernster molekulargenetischer Methoden Hinweise geben, wie diese Prioritätensetzung erfolgen soll. So zeigen Studien, dass Fische oder Eintagsfliegen

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Bild 3: Schlammbehandlung in der Versuchshalle in Dübendorf (2011) für die Verbesserung der Stickstoffelimination und Reduktion des Energieverbrauchs von Kläranlagen.

je nach Gewässer ganz unterschiedliche lokale Rassen ausgebildet haben. Nur ein Netzwerk aus eigenständigen, aber auch miteinander verbundenen Lebensräumen sichert vielfältige Populationen, die dank des Austauschs von Genen stabil sind. Denn nur sie können sich dynamisch an neue Bedingungen, zum Beispiel wärmere Temperaturen, anpassen, statt von einigen

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wenigen unspezialisierten Allerweltsarten verdrängt zu werden.

Siedlungshygiene rettet Leben Nach wie vor sind über das Wasser übertragene Durchfallerkrankungen weltweit für weit mehr Todesfälle verantwortlich als sie von Aids, Malaria oder Tuberkulose verursacht werden – ganz besonders bei Kindern. Bereits 1968 wurde auf Wunsch der WHO an der Eawag ein Zentrum für die Abfall- und Abwasserentsorgung in südlichen Ländern eingerichtet – heute die Abteilung für Wasser und Siedlungshygiene in Entwicklungsländern mit 40 Mitarbeitenden. Die Eawag entwickelt Massnahmen für eine sichere Entsorgung von Fäkalien und angepasste Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung. Doch verordnen lässt sich eine verbesserte Siedlungshygiene kaum. Infrastrukturen zur Wasser- und Sanitärversorgung bewähren sich nur, wenn die Benutzerinnen und Benutzer an der Planung

beteiligt werden. Meist handelt es sich um dezentrale Systeme. Sie sind auch finanziell vorteilhafter als grosse zentrale Anlagen: Eine Studie in Dakar (Senegal) hat die Kosten einer konventionellen Kanalisation mit Kläranlage sowie einer dezentralen Fä-

kalschlammeinsammlung (mit zentraler Behandlung) miteinander verglichen. Die Investitionskosten sind beim ersten System elfmal höher, die Betriebskosten immer noch doppelt so hoch wie beim zweiten. Quelle: Eawag

75 Jahre Wasserforschung an der Eawag Mit einem Chemiker, einem Ingenieur und einem Biologen nahm 1936 die vom Bund eingerichtete «Beratungsstelle der ETH für Abwasserreinigung und Trinkwasserversorgung» ihren Betrieb auf. Das allermeiste Abwasser wurde damals noch kaum oder bloss mechanisch gereinigt in die Flüsse und Bäche geleitet. 1946, zehn Jahre später, wurde der auf 24 Mitarbeiter angewachsene Betrieb zur «Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz», kurz: Eawag. 2011 kann die Eawag – inzwischen mit über 400 Beschäftigten – auf 75 Jahre Forschung, Lehre und Beratung zurückschauen.

Kern der Eawag-Arbeit war und ist es, zwischen der Forschung rund um das Wasser und der Praxis Brücken zu schlagen. Stand anfänglich die Beratung der Kantone und Gemeinden beim Bau und Betrieb der Kläranlagen im Zentrum, wird heute mit Forschung, Lehre und Beratung ein ganzheitlicher Gewässerschutz betrieben, der vorsorgende Massnahmen einschliesst und nicht an organisatorischen Grenzen Halt macht, sondern Einzugsgebiete berücksichtigt und Betroffene zu Beteiligten macht. Mehr zur Eawag Geschichte zu finden ist in den «Eawag News» Nr. 70 sowie in der Broschüre «Streiflichter auf die Eawag, 1936–2011» auf www.eawag.ch/75jahre

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Ob fest, gelartig oder flüssig ist entscheidend

Feinstaub altert, aber langsamer als angenommen

Mit Laboruntersuchungen am PSI in Villigen und Computerberechnungen untersuchten die Forscher anhand von Eiweissstoffen, wie sie in Blütenstäuben und Pollenkörnern vorkommen, inwieweit der Feuchtegehalt der Luft dazu beiträgt, dass Feinstaub durch chemische Reaktion mit Schadstoffen wie beispielsweise Ozon altert. Im trockenen Zustand liegen die EiweissFeinstaubpartikel als Feststoff vor. Sie können nur an ihrer Oberfläche von Schadstoffen angegriffen werden und altern somit sehr langsam. Bei erhöhter Luftfeuchte nehmen die Proteine jedoch Wasser auf, sodass das Feinstaubpartikel zu einem Gel aufweicht. «Das feuchte Eiweissgel enthält wassergefüllte Poren und Kanäle, durch die Ozon und andere reaktive Gase eindringen und somit nicht nur an der Oberfläche, sondern im gesamten Material Alterungsprozesse auslösen können», erklärt Manabu Shiraiwa.

Starke Zunahme von Allergierkrankungen Wie heftig organische Feinstaubpartikel auf den Angriff durch Luftschadstoffe reagieren, ist auch für den Effekt, den Feinstaubpartikel auf die Gesundheit von Menschen haben können, von Bedeutung. «Luftschadstoffe stehen im Verdacht, an der starken Zunahme von Allergieerkrankungen in Industrieländern beteiligt zu sein», erläutert Ulrich Pöschl, Leiter der Studie. Feinstaub kann jedoch nicht nur aus Pollen oder Blütenstäuben bestehen, sondern auch aus anderen, von Pflanzen stammenden Substanzen oder aus Verbrennungsprodukten. Bisher glaubte man, dass diese Be7– 8 / 2011

standteile normalerweise flüssig seien. Neuere Untersuchungen zeigen aber, dass sie auch gelartig sein können. «Die Ergebnisse unserer Forschung zeigen sehr schön die Bedeutung des gelartigen Zustands der Feinstaubpartikel, die in der Beschreibung der Atmosphärenchemie bisher noch keine so grosse Beachtung fanden», erläutert Ammann. Das Resultat dieser Untersuchung bedeutet nämlich auch, dass diese Feinstaubpartikel langsamer altern als bisher angenommen, da die Eigenschaften der Gele zwischen denen der Festkörper und der Flüssigkeiten liegt. «Entscheidend für die Schnelligkeit der Alterung der Feinstaubbestandteile ist, wie gut es oxidierenden Gasen wie Ozon gelingt, in den Feinstaub einzudringen, und ausschlaggebend hierfür ist die Luftfeuchte. Also je höher die Luftfeuchtigkeit ist, desto schneller altert ein Feinstaubpartikel», bringt es Ammann auf den Punkt. Die Umwandlung von Feinstaubpartikeln in ein Gel hat nicht nur Auswirkungen auf der Erde, sondern auch in der Atmosphäre. Die Bildung eines Gels beeinflusst die Art, wie ein Feinstaubteilchen weitere Stoffe aus der Luft aufnimmt und wie das Teilchen als Keim für Wolkentröpfchen oder Eiskristalle wirkt. Es beeinflusst sowohl die Zeit, während der sich Schadstoffe in der Luft aufhalten als auch die Eigenschaften von Wolken und damit das Klima. Quelle: PSI

Originalpublikation Manabu Shiraiwa, Markus Ammann, Thomas Koop, and Ulrich Pöschl,

Bild: Scanderbeg Sauer Photography

Feinstaubpartikel tragen wesentlich zur Luftverschmutzung bei. Durch Reaktionen mit anderen Luftschadstoffen verändern sie sich mit der Zeit, sie altern. Der Alterungsprozess hängt wesentlich von der Luftfeuchte ab, und damit auch die Auswirkungen von Feinstaubpartikeln auf unsere Gesundheit und unser Klima. Dies zeigen gemeinsame Versuche von Wissenschaftlern des Paul Scherrer Instituts PSI und des Max-Planck-Instituts für Chemie sowie der Universität Bielefeld in Deutschland. Bei der Studie wurde die einzigartige Infrastruktur des PSI genutzt, denn hier können Experimente mit radioaktiv markierten atmosphärischen Schadstoffen durchgeführt werden.

Bild 1: Markus Ammann im Labor der Oberflächenchemie-Forschungsgruppe am PSI.

«Gas uptake and chemical aging of semisolid organic aerosol particles», Published online before print June 20, 2011, doi: 10.1073/pnas.1103045108

Kontakt Dr. Markus Ammann, Paul Scherrer Institut CH-5232 Villigen Telefon +41(0)56 310 40 49 markus.amman@psi.ch www.psi.ch 55

Bild: Woods Hole Oceanographic Institute

Bild 1: Am 20. April 2010 brach auf der Bohrinsel Deepwater Horizon, die rund 80 Kilometer vor der Küste des US-Bundesstaates Louisiana liegt, ein Feuer aus.

Proben vom Meeresboden

Die Ölfahne der Deepwater Horizon Zum ersten Mal haben Forscher Proben von direkt am Meeresboden aus dem havarierten Bohrloch der Plattform Deepwater Horizon austretendem Erdöl genommen. Dadurch konnten sie die Verbreitung der Verschmutzung in den Tiefen des Golfs von Mexiko nachvollziehen und die Auswirkungen auf die Umwelt leichter abschätzen. Die Folgen für die Meeresflora und Meeresfauna werden in Zukunft besser beurteilbar sein.

Die Explosion der Erdölplattform Deepwater Horizon im April 2010 löste ein menschliches und ökologisches Drama aus. Das Leck zu stopfen war eine grosse Herausforderung. Hauptschwierigkeit war die Lage des Bohrlochs in fast 1500 Metern Tiefe: eine neuartige Konfiguration mit einer beispiellosen Verschmutzung, nachdem Methan durch den Aufstieg an die Oberfläche eine Explosion verursacht hatte. Einem Team unter der Leitung von Samuel Arey von der EPFL ist es in Zusammenarbeit mit dem Woods Hole Oceanographic Institute gelungen, zu verstehen, wie sich das Rohöl in dieser Tiefe verhält.

Tief unten Im Juni 2010 erreichten die Forscher der Woods Hole Oceanographic Institution mithilfe eines ferngesteuerten U-Boots die Basis des aus dem Meeresboden ragenden Steigrohrs. Der Roboterarm nahm Proben 56

direkt aus dem Rohölteppich. Die Ozeanografen führten ausserdem fast 200 weitere Messungen in verschiedenen Tiefen und bis 30 Kilometer vom Ölteppich entfernt durch. Die Proben wurden anschliessend mit Unterstützung der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) analysiert, und die Auflösung der Kohlenwasserstoffe wurde an der EPFL im Modell dargestellt. Dieses zeigte auf, dass die Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen beim Verständnis der Struktur des Ölteppichs und der Ausbreitung der Verschmutzung in der Tiefe eine tragende Rolle spielen.

Vom U-Boot ins Labor Zum ersten Mal konnten die Wissenschaftler die Rolle von Gasen wie Methan und Benzol aufzeigen (Bild 2). Sie stellten fest, dass in etwas mehr als 1000 Metern Tiefe eine Art Fahne aus dem Hauptteppich entweicht und aufgrund der vorherrschenden

Strömungen horizontal Richtung Südwesten treibt. Im Gegensatz zu einem Leck an der Oberfläche, bei dem die flüchtigen Stoffe in die Atmosphäre entweichen, lösen sie sich im Wasser auf und verfestigen sich je nach Druck. Dieses komplexe Gemisch kann je nach Zustand aufsteigen, absinken oder sogar schweben und dadurch eine Verschmutzung weit weg von der Bohrung verursachen. Durch einen Vergleich des Erdöls an der Austrittsstelle der Bohrung und an der Oberfläche konnten Arey und seine Kollegen vom Labor für Modelldarstellung im Bereich Umweltchemie aufzeigen, dass sich die Zusammensetzung der aus dem Teppich entwichenen Fahne durch die sich in dieser Tiefe auflösenden leichten Kohlenwasserstoffe erklären lässt. Anders ausgedrückt endet ein grosser Teil des austretenden Erdöls in diesen Schwaden, sodass eine genauere Beurteilung der Auswirkungen auf die Meeresfauna und Meeresflora 7– 8 / 2011

in der Zukunft notwendig ist. Dank der von Arey entwickelten Methode kann das Ausmass und die Verbreitung der Verschmutzung, insbesondere unter Wasser, besser abgeschätzt werden.

Bild: EPFL

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richtigen Entscheidungen treffen und die Natur schützen zu können. Quelle: EPFL

Die Darstellung am Modell ist von zentraler Bedeutung, weil man dadurch die Verbreitung der Verschmutzung in den verschiedenen Tiefen besser nachvollziehen und die Menge des ausgetretenen Öls sowie die Auswirkung auf die Umwelt besser einschätzen kann.

Originalpublikation Christopher M. Reddy et al., «Composition and fate of gas and oil released to the water column during the Deepwater Horizon oil spill», PNAS 2011, published ahead of print July 18, 2011, doi:10.1073/pnas.1101242108

«Die modellgestützte Darstellung der ökologischen Folgen, insbesondere auf das Unterwasserökosystem, erforderte einen neuen, gesamtheitlicheren Ansatz, um die Auswirkungen der Verschmutzung richtig zu verstehen», erklärt Arey. Diese Arbeit ist unerlässlich, um die

Kontakt Jeremy Samuel Arey Joint Assistant Professor, EPFL/Eawag Tel. +41 (0)21 69 38031 & 38056 samuel.arey@epfl.ch

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Bild 2: Ein EPFL-Team unter der Leitung von Samuel Arey hat in Zusammenarbeit mit der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) aufgezeigt, wie sich das aus dem Bohrloch ins Meer austretende Rohöl in verschiedenen Tiefen verhält.

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V E R A N S TA LT U N G E N

Labotec Suisse 2011 in Genf

Die Veranstalter der Messe sind zufrieden Am 8. und 9. Juni fand in der Palexpo in Genf die erste Labotec Suisse statt. Die Veranstalter – easyFairs Switzerland GmbH – waren mit dem Verlauf der Veranstaltung zufrieden. Bei den Ausstellern waren die Meinungen geteilt, wie die Antworten von sechs Teilnehmern aus verschiedenen Bereichen auf eine in Anschluss an die Messe durchgeführten schriftlichen Umfrage auf den folgenden beiden Seiten zeigen.

Kurt Hermann Wer sich an einer easyFairs-Messe als Aussteller beteiligt, profitiert von einem Konzept, das sich in mehr als zehn europäischen Ländern bewährt hat: Der Stand ist vorgefertigt und bezugsbereit, die Messe dauert nur zwei Tage. Zudem haben die easyFairsMessen meist einen relativ engen Fokus, wie die im Jahr 2012 in der Schweiz geplanten Veranstaltungen belegen: Schüttgut, Verpackung, Transport und Logistik, Recycling Technologies, um nur einige davon zu nennen. Mit der Labotec Suisse 2011 fand erstmals eine Messe im Welschland statt. Angetreten waren die Veranstalter mit dem Anspruch, die Labotec Suisse solle sich «zum führenden nationalen Treffpunkt für BranchenEntscheider und Branchen-Experten entwickeln», wie Christian Rudin, Geschäftsführer von easyFairs Switzerland GmbH, im Januar

2011 erklärte. Er sagte zudem: «Mit Labotec schliessen wir eine Lücke im Messeangebot für die nationale pharmazeutische und chemische Industrie. Der Standort Genf wird zudem den Ausstellern enorme Chancen eröffnen, die Romandie und das angrenzende Ausland als neues Marktgebiet besser zu erschliessen.» Insgesamt 847 Fachbesucher haben die Gelegenheit genutzt, sich am 8. und/oder 9. Juni in Genf bei insgesamt 93 Ausstellern über Aktuelles und weniger Aktuelles zu informieren. Bei dieser Besucherzahl blieb viel Raum für intensive Gespräche. Aus der Sicht der Messeleitung war die Veranstaltung ein Erfolg. «Wir sind mit dem Verlauf der ersten Labotec zufrieden und sehen das enorme Potential – nicht nur in der Westschweiz», schreibt Rudin im Schlussbericht zur Labotec Suisse 2011. Am 9. und 10. Mai 2012 soll deshalb die Labotec Suisse 2012 in Basel stattfinden.

Xtrakommentar Man hat sich bereits daran gewöhnt: Nach Abschluss einer Messe sind die Veranstalter hocherfreut über das Ergebnis. Zwar sind im Vergleich zur letzten Durchführung meist weniger oder gleichviel Besucher erschienen, aber alle waren hochqualifiziert, und deshalb war die Messe ein voller Erfolg. Zur Labotec Suisse 2011 gibt es naturgemäss noch keine Vergleichszahlen. Dennoch: 847 Besucher in zwei Tagen, 93 Aussteller – Messeleiter Christian Rudin scheint mit wenig zufrieden zu sein. Im Gespräch mit Ausstellern war zu er fahren, dass sie teilweise wesentlich mehr Besucher erwartet hatten; dies bestätigen auch die Ant worten in der Umfrage auf den folgenden Seiten. Wer durch die Ausstellung schlenderte hörte zudem viel Schweizerdeutsch, was für die Veranstalter nicht erfreulich sein kann. Die nächste Labotec Suisse soll im Mai 2012 in Basel stattfinden. Der Optimismus der easyFairs-Leute ist bewundernswert: Selbst wenn die traditionelle Basler Messe, die Ilmac, erst im Jahr 2013 wieder stattfinden wird, mit der Analytica und der Achema im April bzw. Juni 2012 treten sie gegen schier übermächtige Mitbewerber an.

Bild: Kurt Hermann

Ob wir uns im Mai 2012 wirklich in Basel auf der Labotec Suisse 2012 sehen werden? Eine nur alle zwei Jahre im Welschland durchgeführte Messe erscheint mir sinnvoller und Erfolg versprechender. Bild 1: Auch relativ junge Firmen wie die Sebio GmbH in Itigen erhofften sich einen besseren Bekanntheitsgrad in der Westschweiz.

7– 8 / 2011

Kurt Hermann

V E R A N S TA LT U N G E N

Umfrage zur Labotec Suisse 2011 in Genf

Stefan Berger

Erwin Meier

Peter Pichler

ist Geschäftsführer der ReseaChem GmbH in Burgdorf.

ist Inhaber der EGT Chemie AG in Tägerig.

ist CEO der Brechbühler AG in Schlieren.

Mit welchen Erwartungen hat Ihr Unternehmen an der Labotec Suisse 2011 teilgenommen?

Wir wollten unsere neuen Produkte und Dienstleistungen wie zum Beispiel der neue Applikon-MiniBio-Reaktor in der Westschweiz präsentieren. Daraus sollten sich neue Kontakte und Projekte ergeben.

Wir haben etwa 900 Kunden angeschrieben. Erwartet haben wir, dass uns mindestens 10 Prozent der angeschriebenen Kunden besuchen.

Die Labotec Suisse 2011 wurde uns von easyFairs als neues Konzept einer kleinen, aber feinen Ausstellung für die Region Romandie angeboten. Da uns diese Region sehr wichtig ist, haben wir uns bereits letztes Jahr sehr früh angemeldet und auch einen grossen Aufwand betrieben, um diesem Anlass und unserer Kundschaft in der Romandie gerecht zu werden. Unsere Erwartungen kann man so bewerten: neue Kunden akquirieren, Pflege der bestehenden Kundschaft und Visibilität im Französisch sprechenden Raum.

Welche Erwartungen wurden erfüllt, welche nicht?

Unsere Erwartungen wurden leider nicht erfüllt. Gründe dafür können einerseits die bescheidene Besucherzahl (unter 1000) oder anderseits unser zu spezialisiertes Angebot sein. Unter den Ausstellern konnten wir einige Kontakte neu aufbauen, welche Potenzial für die Zukunft haben.

Die Erwartungen betreffend die Messeorganisation wurden erfüllt, die Erwartungen bezüglich der Besucherzahlen allerdings bei Weitem nicht. Auffallend war, dass keine Besucher aus dem Wallis an der Messe waren.

Als Aussteller an einer Ausstellung erwartet man möglichst viele Besucher, was hier an der Labotec 2011 in Genf schlicht nicht der Fall war. Im Verkaufsgespräch wurde uns gesagt, dass man etwa 3000 Besucher erwarte, was wir natürlich intern für uns mit etwa 2000 Besuchern relativiert hatten. Das effektive Resultat von 900 Besuchern ist für mich schlicht peinlich. Trotz alledem hatten wir gute Kontakte mit neuen und auch bestehenden Kunden, aber um dies zu realisieren, brauchen wir nicht unbedingt eine neue Ausstellung im Schweizer Markt.

Glauben Sie, dass Ihr Unternehmen jetzt in der Romandie besser bekannt ist?

Wir sind leider noch nicht dort, wo wir gerne sein würden. In der Genferseeregion sind viele Biotechfirmen, die potenzielle Kunden sind. Daran müssen wir noch arbeiten.

Nein.

Ja und Nein. Wir haben seit 1973 ein Office in der Romandie. Heute haben wir in Echallens ein Büro, wo sich die Französisch sprechenden Kunden täglich bei fünf unserer Spezialisten ihre Informationen abholen können. Brechbühler AG ist seit Jahren als offene und kommunikative Firma bekannt. Demzufolge muss ich sagen: Nein wir sind deswegen nicht besser bekannt. Ja wir mögen besser bekannt sein bei einigen wenigen, aber dies bezieht sich auf maximal auf neun Personen. Einen finanziellen Aufwand in diesem Rahmen zu machen, braucht schon ein wenig Wagemut und dementsprechend muss ich sagen: Ja wir sind bei neun Personen in der Romandie vielleicht besser bekannt.

Was würden Sie als Messedirektor ändern?

Ich würde die Messe besser strukturieren und ihr ein klareres Ziel geben.

Ich würde das Preisgefüge für die Aussteller und den Messestandort (zum Beispiel Lausanne) ändern.

Ich würde auf alle Fälle die Besucher registrieren und diese mit Batches (Name und Firma) ausrüsten, wie es in den USA seit Jahrzehnten der Fall ist. Vorteil Nummer 1: man weiss mit wem man spricht, Vorteil Nummer 2: man könnte Scanner einsetzten. um die Adressangaben einfach ein zu scannen. Zusätzlich bin ich der Meinung, dass die Publikation der Messe zu spät stattgefunden hat, was sich schliesslich in der Besucherzahl niedergeschlagen hat.

In Zukunft soll die Labotec abwechselnd in Genf und Basel stattfinden. Finden Sie dies sinnvoll?

Nein. Ich würde die Messe klar in der Westschweiz positionieren. Unter anderem wäre eine Durchführung in Lausanne alle zwei Jahre besser.

Ein Jahresturnus ist zu intensiv. Alle zwei Jahre wäre OK, unter Berücksichtigung anderer Messetermine (Ilmac).

Absoluter Blödsinn. Die Labotec wurde uns letztes Jahr als Messe für die Romandie verkauft, dementsprechend haben wir uns auch darauf eingestellt und mit grossem Engagement damit beigetragen, dass sie auch stattfindet. Eine Labotec im Jahr 2012 in Basel wird ein schweres Leben haben, wenn sie denn auch überlebt. Wir haben zur selben Zeit die Analytica und die Achema. Da bleibt nicht viel Spielraum für eine Labotec in Basel. Kommt dazu, dass in 2013 wieder die Ilmac in Basel einzieht und dies ist unsere Messe in der Schweiz. easyFairs tut gut daran, ihr Konzept zu überarbeiten und sich auf die «Nische» Romandie zu beschränken.

Wird sich Ihre Firma voraussichtlich an der nächsten Labotec beteiligen?

Das ist noch nicht bestimmt.

Wir werden teilnehmen, wenn die Kosten optimiert werden und der Standort attraktiver wird.

In Basel 2012 klar Nein, In der Romandie klares Ja, aber mit einer Reduktion des Aufwands um 50 Prozent, da es sich so 2011 nicht gelohnt hat.

7– 8 / 2011

V E R A N S TA LT U N G E N

Paul Planje

Patrick Semadeni

Felix Senn

ist Director of Sales der Vialis AG in Liestal.

ist Geschäftsführer/CEO der Semadeni AG in Ostermundigen.

ist Geschäftsführer der Sebio GmbH in Itingen.

Wir wollten den Westschweizern unser Kommittent zeigen und somit mehr Westschweizer Messebesucher haben.

Wir wollten den persönlichen Kontakt zu unseren Kunden in der Westschweiz pflegen, vor allem zu denjenigen Kunden, welche nicht an eine Messe in der Deutschschweiz oder in Deutschland kommen. Ausserdem wollten wir uns auch neuen Kunden präsentieren.

Unser Ziel war es, die welschen Kunden an unseren Stand einzuladen. Wir wollten die Chance nutzen die Kunden in ihrer Umgebung zu besuchen. Für den Biotechnologiebereich (Proteinaufreinigung) hatten wir Besucher von den Universitäten Lausanne und Genf erwartet.

Keine. Wir hatten weniger Westschweizer auf dem Stand als auf der letzten IImac.

In der Tat haben wir verschiedene Kontakte mit Partnern aus der Westschweiz verzeichnen können. Interessanterweise kamen aber auch Kunden aus der Deutschschweiz. Wir hätten uns aber vor allem am zweiten Tag mehr Besucherinnen und Besucher gewünscht.

Als junge Organisation konnten wir uns im Labormarkt zeigen. Wir müssen unsere Bekanntheit steigern und unsere Vertretungen im Markt positionieren. Das Netzwerk mit den anderen Anbietern konnte gepflegt werden. Aufwand und Ertrag haben sich in Bezug auf Neukunden nicht gelohnt.

Nein.

Das ist schwierig zu beantworten. Wir waren bisher bereits gut bekannt. Inwieweit die Labotec hier den Bekanntheitsgrad signifikant erhöht hat, wird sich in den nächsten Monaten anhand der Bestelleingänge aus der Westschweiz weisen. Generell gehen wir davon aus, dass jede Messeteilnahme hilft, die Bekanntheit zu steigern.

Jeder neue Kunde ist für uns wichtig. Leider war die Anzahl ganz klar zu tief.

Nichts. Die Labotec ist nicht die Messe für Informatikund Consulting-Firmen. Dazu ist sie viel zu klein und richtet sich an die falsche Zielgruppe.

Positiv sind die Konzentration auf zwei Tage und die vernünftigen Öffnungszeiten. Es ist nach der ersten Durchführung zu früh, über Änderungen nachzudenken.

Aller Anfang ist schwer. Ich würde eine Projektgruppe gründen mit Mitarbeitern, Ausstellern und Kunden. Diese müsste die Bedürfnisse der welschen Kunden und der Ausstellern analysieren und daraus eine verbesserte Strategie entwickeln.

Nein. Basel kommt für uns nicht in Frage, da gehen wir nur an die Ilmac.

Grundsätzlich findet in Basel die etablierte Messe Ilmac statt. Ob es Platz für eine zweite Labormesse hat, wird die Zukunft zeigen. Und ob das Potenzial in der Region Genf eine Labormesse rechtfertigt, kann im Moment ebenfalls noch nicht gesagt werden. Wir haben schon an anderen easyFairs-Messen teilgenommen und dabei festgestellt, dass die zweite und dritte Durchführung mehr Besucherinnen und Besucher anzieht. Somit sind wir diesbezüglich optimistisch.

Nein! Wir brauchen einen guten Marktplatz in der welschen Schweiz. Am Standort Basel brauchen wir eine attraktive Ilmac. Wir müssen uns bei allen Organisatoren Gehör verschaffen und unsere Bedürfnisse klar formulieren. Wir sind die Kunden und müssen zusammen mit dem Veranstalter eine erfolgreiche Ausstellung für unsere Kunden organisieren.

Eher nicht.

Dieser Entscheid liegt in der Kompetenz unseres Marketings. Dort spüre ich aber eine Bereitschaft, daran teilzunehmen. Bei erstmals durchgeführten Messen weiss man nie, wie gut diese einschlagen. Umso mehr als im nächsten Jahr – ebenfalls im ersten Halbjahr – die Analytica und die Achema durchgeführt werden.

Das hängt davon ab, ob sich der Veranstalter um unsere Meinung kümmert. Wie und wo ist wichtig. Wir lassen uns von einem erfolgreichen Konzept überzeugen und nicht von Preisreduktionen unter Zeitdruck.

7– 8 / 2011

V E R A N S TA LT U N G E N

Veranstaltungen SEPTEMBER 2011 12./13.09.

13.09.

HPLC-Basiskurs Ort: D-66111 Saarbrücken Veranstalter: Novia GmbH Industriepark Höchst, Gebäude B 845 D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69/305-43843 www.novia.de, info@novia.de Seminar: Toxikologische Wirkung chemischer Stoffe Ort: D-04318 Leipzig Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7917-291/364 www.gdch.de/fortbildung, fb@gdch.de

27.09.

Kurs: Qualitätssicherung Teil I Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7917-291/364 www.gdch.de/fortbildung, fb@gdch.de

28.09.

Kurs: Qualitätssicherung Teil II Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7917-291/364 www.gdch.de/fortbildung, fb@gdch.de

29./30.09.

Kurs: Prozessregelungen – von den Grundlagen zu Advanced Control Ort: D-60486 Frankfurt am Main Veranstalter: Dechema e.V. Theodor-Heuss-Allee 25, D-60486 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564-253 gruss@dechema.de, http://kwi.dechema.de

OKTOBER 2011 20.09.

Kurs: Kalibrierung im analytischen Labor Ort: CH-4051 Basel Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

20.–22.09.

Konferenz und Ausstellung: MipTec Ort: CH-Basel Veranstalter: Congrex c/o Congrex Switzerland Peter Merian-Strasse 80, CH-4002 Basel Telefon +41 (0)61 686 77 11 basel@congrex.com, www.congrex.com

25.–29.09.

8 th European Congress of Chemical Engineering Ort: D-Berlin Information: Dechema e.V. Theodor-Heuss-Allee 25, D-60486 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564-0 info@dechema.de, http://events.dechema.de

25.–29.09.

1st European Congress of Applied Biotechnology Ort: D-Berlin Information: Dechema e.V. Theodor-Heuss-Allee 25, D-60486 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564-0 info@dechema.de, http://events.dechema.de

26./27.09.

27.09.

Kurs: Präparative organische Chemie für Laboranten Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7917-291/364 www.gdch.de/fortbildung, fb@gdch.de Symposium: Bioplastik: Verpackung der Zukunft? Ort: St.Gallen Veranstalter: Empa, Abteilung Biomaterials Lerchenfeldstrasse 5, CH-9014 St. Gallen Telefon +41 (0)58 765 76 74 matthijs.degeus@empa.ch, www.empa.ch

02./03.10.

Kurs: Chromatographie und Spektroskopie von Polymeren, Überblick Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7917-291/364 www.gdch.de/fortbildung, fb@gdch.de

05.10.

Kurs: Kalibrierung im analytischen Labor Ort: CH-4056 Basel Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

06.10.

Basisseminar Dichtungstechnik für die Prozessindustrie Ort: D-69469 Weinheim Veranstalter: Freudenberg Process Seals GmbH & Co. KG Lorscher Strasse 13, D-69469 Weinheim Telefon +49 (0)6201/80 8919 00 fps@freudenberg-ds.com www.freudenberg-process-seals.com

07.–10.10.

Kurs: Proteom-Analytik Ort: D-Freising-Weihenstephan Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7917-291/364 www.gdch.de/fortbildung, fb@gdch.de

11.–13.10.

Messe: Biotechnica 2011 Ort: D-30521 Hannover Veranstalter: Deutsche Messe AG Messegelände, D-30521 Hannover Telefon +49 (0)511/89-0 biotechnica@messe.de, www.biotechnica.de

7– 8 / 2011

Messe: TechnoPharm 2011 Ort: D-Nürnberg Veranstalter: NürnbergMesse GmbH Messezentrum, D-90471 Nürnberg Telefon +49 (0)911 86 06-0 info@technopharm.de, www.technopharm.de

11.–13.10.

Messe: Powtech 2011 Ort: D-Nürnberg Veranstalter: NürnbergMesse GmbH Messezentrum, D-90471 Nürnberg Telefon +49 (0)911 86 06-0 info@powtech.de, www.powtech.de

12.–14.10.

58. Sepawa-Kongress & EDC Conference 2011 Ort: D-36037 Fulda Veranstalter: Sepawa Beethovenstrasse 16, D-86150 Augsburg Telefon +49 (0)821 32583-21 senicky@sofw.com, www.sepawa.com

13.10.

Seminar: Grundlagen der Titration – Potentiometrie Seminar: Grundlagen der Titration – Potentiometrie Ort: CH-4800 Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Bleiche West, CH-4800 Zofingen Telefon +41 (0)62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.com

13./14.10.

BERATUNG

Symposium: Labor(t)räume – im Spannungsfeld zwischen Theorie und Praxis Ort: Isny im Allgäu Veranstalter: Waldner Laboreinrichtungen GmbH & Co. KG Haidösch 1, D-88239 Wangen Telefon +49 (0)7522 986 279 labor@waldner.de, www.waldner-lab.de

16.10.

Tag der offenen Tür: Das PSI am Puls der Forschung Ort: CH-5232 Villigen PSI Veranstalter: Paul Scherrer Institut CH-5232 Villigen PSI www.psi.ch

17./18.10.

Kurs: Scale-up für technische Chemiker und Biotechnologen Ort: D-60486 Frankfurt am Main Veranstalter: Dechema e.V. Theodor-Heuss-Allee 25, D-60486 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564-253 gruss@dechema.de, http://kwi.dechema.de

18.10.

Tagung: Mess- und Regelungskonzepte in der Lebensmittel- und Umweltbiotechnologie Ort: D-70839 Gerlingen Veranstalter: Dechema e.V. Theodor-Heuss-Allee 25, D-60486 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564-243 sabolo@dechema.de, http://events.dechema.de

7– 8 / 2011

PRODUKTE

11.–13.10.

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PANORAMA

Mit Schraubengewinde als Gelenk durch Wald und Flur

Die Natur nutzt Schrauben und Muttern Ein bislang im Tierreich unbekannter Bewegungsapparat wurde bei Rüsselkäfern entdeckt. Die Hüfte von Trigonopterus oblongus besitzt nicht wie gewöhnlich Scharniergelenke, sondern Gelenke, deren Teile wie Schraube und Mutter ineinander greifen. Das erste biologische Schraubengewinde ist rund einen halben Millimeter gross und wurde mittels Synchrotronstrahlung detailliert untersucht.

Bild 1: Rüsselkäfer bilden eine verbreitete und artenreiche Familie. Den verschiedenen, teils farbenprächtigen Arten gemein ist die rüsselartige Verlängerung des Kopfes. Bilder: Staatliches Museum für Naturkunde Karlsruhe

eines Scharniergelenks in ein Schraubengelenk ermöglichte ihnen, mit ihren Beinen weiter nach unten greifen zu können, was sie zu besseren Kletterern machte. Der hier untersuchte Rüsselkäfer Trigonopterus oblongus lebt auf Laub und Zweigen in den Urwäldern Papua-Neuguineas. Zum Fressen bohrt er seinen Rüssel ins Pflanzengewebe und hält sich dabei mit den Beinen fest. Vermutlich bietet das Schraubengelenk auch dabei Vorteile. «Wir haben mittlerweile verschiedene andere Rüsselkäferarten untersucht und tatsächlich immer Schraubengelenke gefunden», erklären Riedel und van de Kamp. «Das Gelenk scheint offenbar bei allen Rüsselkäfern vorzukommen, von denen ein enormer Artenreichtum von weltweit mehr als 50 000 verschiedenen Arten bekannt ist.» In diesem Fall hätte das Forscherteam mit dem Schraubengelenk ein bisher unbekanntes Basismerkmal der ganzen Familie der Rüsselkäfer identifiziert. Zu den bekanntesten in Deutschland heimischen Vertretern zählen der Haselnussbohrer und der Eichelbohrer, ausserdem der Kornkäfer, ein Getreideschädling. Die dreidimensionalen Bildrekonstruktionen des rund einen halben Millimeter grossen Gelenks von Trigonopterus oblongus wur-

den mithilfe eines neu installierten Mikrotomographen der Synchrotronstrahlungsquelle Anka erzeugt (Bild 2). «Damit erweitert das KIT derzeit gezielt sein Ensemble leistungsfähiger bildgebender Synchrotronmesstechniken auch für breite Anwendungen in den Lebenswissenschaften», erläutert Tilo Baumbach, Leiter der Synchrotronstrahlungsquelle Anka. «Externen Nutzern stehen nun von den langwelligen Terahertzstrahlen bis hin zu der hier verwendeten hoch brillanten Röntgenstrahlung modernste Mittel zur Verfügung.» Quelle: KIT

Bild: KIT

In der Natur sind in der Regel Kugel- oder Scharniergelenke an Hüften und Schultern im Einsatz, welche für Organismen wesentlich leichter umsetzbar sind. Schrauben und Muttern dagegen kannte man bislang nur aus der Technik, meist, um Bauteile fest miteinander zu verbinden. «Eine solche Konstruktion für die Beinbewegung bei Tieren ist schon sehr ungewöhnlich, denn hier bewegen sich grossflächig Skelettteile aufeinander. Die Versorgung des Beins kann nur durch eine winzige Öffnung im Zentrum der Schraube geschehen», sagt Thomas van de Kamp vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). «Nun zeigt sich aber, dass uns die Natur auch bei der Erfindung von Schraube und Mutter zuvor gekommen ist, denn Rüsselkäfer laufen wahrscheinlich bereits seit etwa 100 Millionen Jahren mit einer derartigen Konstruktion herum», sagt Alexander Riedel vom Staatlichen Museum für Naturkunde Karlsruhe, aus dessen Sammlung die untersuchten Exemplare der Rüsselkäfer stammen. Die detaillierten dreidimensionalen Bilder der Gelenke entstanden an der Nationalen Synchrotronstrahlungsquelle Anka am KIT. Rüsselkäfer sind zwar in der Regel schwerfälliger als viele andere Käferfamilien, wie etwa die Laufkäfer. Aber die Transformation

Bild 2: Wie Schraube und Mutter passen die beiden Teile des Hüftgelenkes des Rüsselkäfers zusammen. Dadurch erhöht sich die Beweglichkeit des Beins.

7– 8 / 2011

PANORAMA

Gegenblättriger Steinbrech blüht in eisiger Region

Blütenpflanze auf 4505 Meter über Meer

Bilder: Maria Brassel

Der Botaniker Christian Körner von der Universität Basel hat im Rahmen einer Studie, in welcher er die kältesten Orte der Welt nach pflanzlichem Leben erforscht, die Lebensbedingungen der am vermutlich kältesten Standort gedeihenden Blütenpflanze entschlüsselt. Bei der besagten Pflanze handelt es sich um den Gegenblättrigen Steinbrech, der am Dom in der Mischabelgruppe auf 4505 Metern wächst.

Bild 1: Die beiden Pfeile markieren den Gipfel des Doms (4545 m) und die Fundstelle der höchst gelegenen lebenden Blütenpflanzen Europas.

Es grenzt an ein Wunder, doch auf 4505 Meter über Meer, rund 40 Meter unter dem Berggipfel des im Kanton Wallis gelegenen Doms (Bild 1), wurden kürzlich üppig blühende Kissen des Gegenblättrigen Steinbrechs (Saxifraga oppositifolia) entdeckt (Bild 2). Der Fundort und die gefundene Pflanze können gleich zwei Rekorde für sich in Anspruch nehmen: Beim Gegenblättrigen Steinbrech am Dom handelt es sich um die höchstgelegenen Blütenpflanze, die je in Europa dokumentiert wurde, und der Fundort ist vermutlich der kälteste Standort der Welt, an dem eine Blütenpflanze gefunden wurde. Christian Körner, Professor am Botanischen Institut der Universität Basel, erfasste an diesem neu entdeckten Extremstandort mit einer automatischen Temperatursonde auch den Jahresgang der Temperatur. Während der etwa zweimonatigen, zeitweise schneefreien Periode liegt die Durchschnittstemperatur zwischen den Felsblöcken bei 3 Grad Celsius. In jeder Nacht frieren die Pflanzen ein. Bei Sonnenschein kann sich die Nische für kurze Zeit bis auf 18 Grad aufwärmen, obwohl die Lufttemperatur unter null Grad bleibt. Den Pflanzen genügen etwa 7– 8 / 2011

Bild 2: Der Gegenblättrige Steinbrech (Saxifraga oppositifolia) auf über 4500 Meter über Meer.

600 Stunden pro Jahr, in denen ihre Körpertemperatur 3 Grad übersteigt. Zwischen den abgestorbenen Blättern im Inneren der Kissen tummelten sich zahlreiche Springschwänze (Thalassaphorura zschokkei), ein sogenanntes Ur-Insekt, das nach dem Basler Zoologen Zschokke benannt ist. Verwandte dieser Art sind auch als Gletscherflöhe bekannt. Der bisherige Höhenrekord für Blütenpflanzen in Europa stammt ebenfalls vom Dom. 1978 berichteten die Bergführer Pierre und Grégoire Nicollier (Sion) von einem Fund des Zweiblütigen Steinbrechs (Saxifraga biflora), rund 55 Höhenmeter tiefer. Bei späteren Begehungen der Südroute waren diese Pflanzen jedoch nicht mehr zu finden. Im Himalaya gibt es noch auf 6300 Meter über Meer Blütenpflanzen, aber dort sind die Temperaturen wärmer als am Dom, wie Körner in seiner Studie nachweist.

Gegenblättriger Steinbrech Der Gegenblättrige Steinbrech gehört zur Familie der Steinbrechgewächse. Er hält jede denkbare Frosttemperatur aus, auch das Eintauchen in flüssigen Stickstoff. Die ältes-

ten Pflanzenreste unter Mooskissen am Gipfel wurden mit der 14C-Methode datiert. Dabei benutzt man das Abklingen des Fallout der Atombombenversuche der 50erJahre als Messgrösse. Die Untersuchung ergab ein Alter von etwa 13 Jahren. So lange braucht es in dieser Höhe, bis tote Blättchen abgebaut werden. Die Steinbrechkissen sind so gross, dass sie wohl schon einige Jahrzehnte dort oben leben. Dass sie keimfähige Samen ausbilden, ist sehr unwahrscheinlich. Es darf daher angenommen werden, dass der Wind die Samen hoch geblasen hat. Es grenzt an ein Wunder, dass sich Pflanzen in dieser Kältewüste etablieren konnten und dass neben unsichtbaren Pilzen und Bakterien gleich noch deren «Konsumenten» in Gestalt der Springschwänze zur Stelle sind. Auf etwas höheren Gipfel wie dem Mont Blanc, die fast vollständig unter Eis und Schnee liegen, ist dauerhaftes Leben kaum möglich. Quelle: Universität Basel Originalpublikation Christian Körner, «Coldest places on earth with angiosperm plant life», Alp Botany, 121 [1] 11–22 (2011). 65

PANORAMA

Astronomen suchen Moleküle im interstellaren Raum

Wasserstoffperoxid im Weltraum entdeckt

Das neue Ergebnis geht auf die Arbeit eines international besetzten Astronomenteams zurück, das Beobachtungen mit dem Atacama Pathfinder Experiment-Teleskop (Apex) durchgeführt hat. Apex befindet sich auf der 5000 Meter über dem Meeresspiegel gelegenen Hochebene Chajnantor in den chilenischen Anden. Die Astronomen habe mit dem Teleskop eine Himmelsregion nahe des Sterns Rho Ophiuchi genauer untersucht, der sich in etwa 400 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Schlangenträger in unserer Milchstrasse befindet. Die Umgebung des Sterns ist reich an Wolken aus kühlem Gas und Staub mit Temperaturen um die –250 °C, in denen neue Sterne entstehen. Das Nebelgebiet besteht grösstenteils aus molekularem Wasserstoff, enthält aber auch Spuren von anderen Molekülen. Es bietet sich daher als Beobachtungsziel für Astronomen an, die auf der Suche nach bestimmten chemischen Verbindungen im Weltraum sind.

Wasserstoffperoxid im Nebel um Rho Ophiuchi Teleskope wie Apex, die nicht im sichtbaren Licht arbeiten sondern Millimeter- und Submillimeterwellen registrieren, sind ideal, um charakteristische Signale der verschiedensten Sorten von Molekülen nachzuweisen. Jetzt ist den Wissenschaftlern der Nachweis von Submillimeterwellen mit der charakteristischen Signatur von Wasserstoffperoxid aus einem Bereich der Nebel um Rho Ophiuchi gelungen. «Die Entdeckung des Signals von Wasserstoffperoxid mit Apex war für uns ein freudiges Ereignis. Aus Laborexperimenten wussten wir zwar, bei welchen Wellenlängen wir suchen mussten, aber die Wolken enthalten 66

nur ein einziges Wasserstoffperoxidmolekül auf 10 Milliarden Wasserstoffmoleküle. Ein Nachweis erfordert daher äusserst präzise Messungen», erzählt Per Bergman, Astronom am Weltraumobservatorium Onsala in Schweden. Wasserstoffperoxid spielt eine Schlüsselrolle bei der Frage, wie in den Tiefen des Alls Wasser entstehen kann – und damit die Grundlage für Leben, wie wir es kennen. Auch der grösste Teil des Wassers, das wir heutzutage auf der Erde finden, dürfte sich im Weltraum gebildet haben Den aktuellen Modellen zufolge bildet sich Wasser in mehreren Schritten. Im ersten Schritt bildet sich an der Oberfläche von kosmischen Staubkörnern und Russpartikeln durch Anlagerung von Wasserstoff an Sauerstoffmolekülen Wasserstoffperoxid. Im nächsten Schritt entsteht aus dem Wasserstoffperoxid und weiterem Wasserstoff dann Wasser. Der Nachweis von Wasserstoffperoxid bestätigt einen zentralen Aspekt dieser Modelle und trägt damit zu einem besseren Verständnis der Entstehung von Wasser im Kosmos bei. «Wir wissen immer noch nicht, wie sich einige der wichtigsten chemischen Verbindungen auf der Erde im Weltraum bilden. Unsere Entdeckung von Wasserstoffperoxid weist darauf hin, dass dabei das Vorhandensein von Staubpartikeln entscheidend ist», ergänzt Bérengère Parise, Leiterin der Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe für Sternentstehung und Astrochemie am Max-PlanckInstitut für Radioastronomie in Bonn. Um herauszufinden, wie die Entstehung der für unser irdisches Leben so wichtigen Moleküle, Wasser und Wasserstoffperoxid, miteinander zusammenhängen, sind weitere Beobachtungen der Nebel um Rho Ophiuchi und anderer Molekülwolken, in denen Ster-

Bild: Eso/S. Guisard

Astronomen haben mithilfe des Apex-Teleskops, das von der Eso in Chile betrieben wird, Wasserstoffperoxidmoleküle im interstellaren Raum nachgewiesen. Damit konnte erstmals ein Anhaltspunkt für die chemische Kopplung zwischen zwei Verbindungen gefunden werden, die essentiell für das Leben im Universum sind, nämlich Wasser und Sauerstoff. Auf der Erde ist Wasserstoffperoxid als Desinfektionsmittel bekannt. Es spielt aber auch eine entscheidende Rolle bei den chemischen Reaktionen von Wasser und Ozon in der Erdatmosphäre.

Bild 1: Die Sterngegend um Rho Ophiuchi.

ne entstehen notwendig. Dabei müssen künftige Teleskope wie das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) eingesetzt werden – und es bedarf der Unterstützung von Chemikern in ihren Laboren auf der Erde. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

Originalpublikation P. Bergman et al., «Detection of interstellar hydrogen peroxide», Astronomy & Astrophysics 531 L8 (2011).

Kontakt Dr. Bérengère Parise Max-Planck-Institut für Radioastronomie Auf dem Hügel 69 D-53121 Bonn Telefon +49 (0)228 525 153 bparise@mpifr-bonn.mpg.de www.mpifr-bonn.mpg.de 7– 8 / 2011

Vier neue Vakuumpumpsysteme Seit 2008 setzt KNF Lab neue Massstäbe bei der Vakuumerzeugung. Mit dem damals lancierten Vakuumpumpensystem SC 920 erreichte man bis dahin nicht gekannt Flexibilität im Labor. Dank der Fernbedienung über Funk muss das System nicht in der Nähe der Prozessapparatur aufgestellt werden. Vielmehr lässt es sich in Labormöbeln verstauen oder ohne lästige Kabeldurchführung in einem Laborabzug platzieren. Jetzt wird das Angebot um eine Produktfamilie erweitert. Diese besteht aus vier neu konzipierten Vakuumpumpsystemen (SC 950, SEM 950, SH 950 und SR 950 ) mit nochmals höherer Förderleistung. Alle Systeme enthalten die gleiche leistungsfähige Pumpe mit Membranstabilisierungssystem, sind aber mit unterschiedlichen Laborzubehörteilen ausgerüstet. Auch weisen alle Produkte einen äusserst geringen Platzbedarf auf. Die Vakuumpumpsysteme überzeugen nicht alleine mit der intuitiv nutzbaren Fernbedienungen: Kurze

Prozesszeiten sind eine weitere auffällige Eigenschaft. KNF Neuberger AG Stockenstrasse 6 CH-8362 Balterswil Telefon +41 (0)71 971 14 85 knf@knf.ch www.knf.ch

ADMET-Studien: Fortschritte in der Vorbereitung von Evaporationsproben Metabolismus- und Toxikologiestudien untersuchen den Weg eines Arzneimittels oder einer Chemikalie in und durch den Körper. Besucher der Website www.genevac. com/metabolism können sich online informieren, wie Genevac-Systeme ganz ohne Fremdstoffe, Kontamination oder Verlust eine schnelle und sichere Vorbereitung von Proben erlaubt – von einfachen Konzentrationen oder dem Trocknen von Lösungsmittelextrakten aus Gewebeproben bis hin zu quantitativen Drogentests für Arbeiter oder Sportler. Darüber hinaus informiert die Website darüber, wie die moderne Evaporationstechnologie die Metaboliten-Rückgewinnung in ADMETStudien erhöht und dadurch nicht nur die Produktivität von Toxikologieuntersuchungen verbessert, sondern auch Fortschritte in der Metaboliten-Profilerstellung durch eine bessere Vorbereitung der Proben erzielt. Weblinks zu einer Bibliographie wissenschaftlicher Publikationen in

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Peer-Review-Fachzeitschriften geben weitere Einblicke, wie die moderne Vorbereitung von Evaporationsproben Wissenschaftler bei ihren Metabolismus- und Toxikologiestudien unterstützt. Genevac Ltd Fröbelstrasse 6 D-63322 Rödermark salesinfo@genevac.de www.genevac.de

PRODUKTE

Tropfverluste vermeiden – Umwelt schützen Der Umgang mit aggressiven, wassergefährdenden und entzündbaren Medien erfordert umfangreiche Sicherheitsmassnahmen zum Schutz unserer Umwelt. Hier bieten Auffangwannen von Denios für jeden Einsatzzweck zuverlässigen Schutz. Wenn beispielsweise Öle oder Lacke sicher gelagert werden sollen, kann aus einer breiten Produktpalette von Auffangwannen aus verzinktem und lackiertem Stahl für ein bis acht 200-LiterFässer gewählt werden. Ein Auffangvolumen von 200 Litern gewährleistet den geforderten Aus-

laufschutz. Der entnehmbare Gitterrost sorgt für Flexibilität im Einsatz: Ein Fass wird direkt in die Wanne gestellt oder mehrere Fässer werden auf dem Gitterrost platzieren. In Kombination mit ebenfalls erhältlichen Fassböcken lassen sich 60- und 200-Liter-Fässer auch liegend lagern. So wird gewährleistet, dass Tropfverluste beim Abund Umfüllen von gefährlichen Flüssigkeiten sicher aufgefangen werden und das Grundwasser vor Verunreinigungen geschützt wird. Darüber hinaus bietet Denios ein grosses Repertoire an Auffangwan-

nen aus Stahl oder Kunststoff, mit oder ohne integrierten Gabeltaschen, bis hin zu Auffangwannen im XXL-Format mit bis zu 1000 Liter Auffangvolumen an. Und auch fahrbare Auffangwannen in verschiedenen Varianten und Abmessungen für den sicheren innerbetrieblichen Transport gehören zum Produktprogramm. Denios AG Schweiz Mythenstrasse 4 CH-5430 Wettingen Telefon: +41 (0)56 417 60 60 info@denios.ch www.denios.ch

Kontinuierliche Leckageüberwachung von Gleitringdichtungen Die ESD GmbH Ekato Sicherheitsund Dichtungstechnik (ESD), eine Tochtergesellschaft der Ekato Group, bietet jetzt zur kontinuierlichen Leckageüberwachung von Gleitringdichtungssystemen den Druckübersetzer VDH an. Dank einer Magnetrollenanzeige eröffnet er die Möglichkeit, den Betriebszustand eines kompletten Gleitringdichtungssystems mit zugehöriger Hochdruckinstallation dauerhaft von aussen zu kontrollieren – trotz her metischer Abdichtung des Druckübersetzerkolbens. Das Mag netsystem des VDH kann die Position des Kolbens auch an eine Kette aus Reed-Schaltern

über tragen. Das daraus resultierende Signal ermöglicht nicht nur die Fernüberwachung des Füllstands bzw. der Leckagerate, sondern auch eine automatische Sperrflüssigkeitsnachspeisung in die Gleitringdichtung. Die Position des Kolbens gibt bei Gleitringdichtungssystemen stets Aufschluss über den Füllstand des Druckübersetzers und damit über den Sperrflüssigkeitsverlust. Bei Sperrflüssigkeitsleckage bewegt sich der im Normalbetrieb ruhende Druckübersetzerkolben nach unten. Um seine Position bei völliger Abdichtung des Kolbens trotzdem von aussen bestimmen zu können, hat

am Ende der Kolbenstange befestigten Magnetsystem passiert, rotieren die Magnetrollen um 180 Grad und zeigen eine unterschiedlich gefärbte Mantelfläche. Die Grenzlinie der beiden Farben gibt somit ständig den Füllstand des Druckübersetzers an.

ESD ausserhalb des Druckübersetzers die Magnetrollenanzeige angebracht. Werden diese von dem

ESD GmbH Ekato Sicherheits- und Dichtungstechnik Schönauer Strasse 66 D-79669 Zell im Wiesental Telefon +49 (0)7625-9282-0 esd@ekato.com www.ekato.com

Überdruckkapselungssystem für den Ex-Bereich Das robustes Design des Überdruckkapselungssystems Bebco EPS 5000Q mit integriertem Display von Pepperl+Fuchs ermöglicht eine problemlose Konfiguration und Inbetriebnahme vor Ort über eine intuitive Menüstruktur. Das System erlaubt in Verbindung mit einem zugelassenen Gehäuse den Einsatz von Standardgeräten direkt in der Zone 2 oder der Zone 22. Die Serie 5000Q zählt zu den flexibelsten Überdruckkapselungssystemen von Pepperl+Fuchs und zeichnet sich durch betont einfache Handhabung aus. Sie hat weitreichende Konfigurationsmöglichkeiten und lässt sich dadurch exakt an die speziellen Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen. Die einzelnen Komponenten sind für

eine problemlose Montage ausgelegt. Sie können mit vorhandenen Gehäusen eingesetzt werden, die für den Einsatz in der Überdruckkapselung zugelassen wurden. Ein integrierter Drucksensor erlaubt die automatische Auslösung des Spülvorganges, danach die Überwachung des eingestellten Überdrucks und die automatische Kompensation eines auftretenden Druckverlusts. Dies gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit. Ausserdem verfügt das System über einen direkten Anschluss für mehrere PT100 RTD-Temperatursensoren. Sie sind mit Alarmkontakten ausgestattet und gestatten es damit dem Anwender, unterschiedliche Auslösewerte festzulegen. Sobald die Temperatur den eingestellten

Wert überschreitet, wird automatisch das digitale Ventil aktiviert, um das Innere des Behälters zu kühlen. Das System eignet sich für ein breites Anwendungsspektrum und ist eine der flexibelsten Lösungen für die Überdruckkapselung in explosionsgefährdeten Bereichen oder in korrosiven und staubigen Umgebungen. Das Grundprinzip hinter einem Überdruckkapselungssystem besteht darin, eine sichere Atmosphäre im Inneren eines Gehäuses zu gewährleisten, indem korrosive, staubige und/oder potenziell explosive Atmosphären am Eindringen gehindert werden. Dies wird durch die Erzeugung eines Überdrucks im Inneren des Behälters erreicht.

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PRODUKTE

Hermetisch inerte Mikrozahnringpumpen Differenzdruckbereich beträgt 0 bis 60 bar, der zulässige Systemdruck liegt bei 60 bar.

Die Baureihe hermetisch inerter Mikrozahnringpumpen von HNP Mikrosysteme wird nach oben erweitert: Die mzr 11558 vereint die Eigenschaften der hermetisch inerten Baureihe wie hohe Korrosionsbeständigkeit, Pulsationsarmut, scherarme Förderung, geringes Leervolumen und hohe Standzeit mit grösseren Volumenströmen bzw. Dosiervolumina bei gleichbleibend hoher Präzision. Mit einem bürstenlosen DC-Motor und integriertem Encoder erreicht die Pumpe Volumenströme von 0,19 bis 1152 ml/min und kleinste Dosiervolumina von 100 µl. Der

Die Pumpe ist sowohl für die Förderung als auch für die Dosierung von Flüssigkeiten mit Viskositäten von 0,3 bis 1000 mPas geeignet. Sonderausführungen erlauben den Betrieb mit einem maximalen Systemdruck von 190 bar bzw. in einem Temperaturbereich von –20 bis +150 °C. Ergänzend zu den Einsatzmöglichkeiten im Chemie- und Pharmabereich ergeben sich Anwendungen im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der industriellen Biotechnologie. HNP Mikrosysteme GmbH Juri-Gagarin-Ring 4 D-19370 Parchim Telefon +49 (0)3871 451-301 sales@hnp-mikrosysteme.de www.hnp-mikrosysteme.de

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Bedienerfreundliche Labor-Gefriertrocknungsanlagen Die bisher erhältlichen Labor-Gefriertrocknungsanlagen sind häufig mit elektrisch beheizten Stellflächen ausgestattet, deren Spannungsversorgung über Kabel erfolgt. Nachdem die Proben – üblicherweise zusammen mit Stellflächen und Plattengestell – extern eingefroren worden sind, muss diese komplette Einheit schnell in den Gefriertrockner umgesetzt werden, um ein Antauen der Proben zu vermeiden. Darüber hinaus müssen noch die Stellflächen-Anschlusskabel und die Produktsensorkabel zeitaufwendig mit der Anlage verbunden werden. Um die Nachteile der üblichen Konfigurationen mit vielen Steckverbindungen zur Anlage zu beseitigen, wurde bei Martin Christ die Wireless Shelf Technology WST in Kombination mit der neuen Anlagesteuerung LSCplus entwickelt. WST befreit von den Kabeln und Steckern zum Anschluss von Stellflächen und weiterem Zubehör bei Labor-Gefriertrocknungsanlagen. Merkmale: • WST beendet das umständliche Handling von kabelgebundenen Stellflächen und Plattengestellen. • Falls das Einfrieren im Gefriertrockner durchgeführt wird, erfolgt kein Anfrieren von Kabeln an den Wänden oder am Eiskondensator.

• Die Temperatur jeder Stellfläche wird mithilfe eines eingebauten Temperatursensors entsprechend der tatsächlichen Sublimations-Energieaufnahme durch die Steuerung LSCplus individuell geregelt. • Jede Stellfläche ist mit je einer Anschlussbuchse für einen Produkt- und einen LyoRX-Sensor ausgestattet.

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Fully Automated Dried Blood Spot Analysis System for MS Camag, the world leader in the manufacture of HPTLC instruments, is entering the field of direct analysis of dried blood spots. Camag has achieved very promising results with manual and semi-automatic DBS-MS extraction systems, and has presented these results at conferences and in various journals. In light of this success, Camag is now introducing the DBS-MS 500 system, which is capable of fully automated analysis of up to 500 DBS cards. Main features of the system are: • Fully automated handling of up to 500 DBS cards • Optical DBS card positioning and identification including barcode reading module (OCR module)

• Reliliable wash station eliminates carryover • Optional internal standard application (ISA Module) • Seamless integration with LC-MS system. Camag Sonnenmattstrasse 11 CH-4132 Muttenz 1 Telefon +41 (0)61 467 34 34 info@camag.com www.camag.com

PRODUKTE

Kugelsektorventile mit grossem Einsatzspektrum

Die Kugelsektorventile Typ 4040 werden überall dort eingesetzt, wo konventionelle Armaturen aufgrund der harten Betriebsbedingungen versagen. Sie eignen sich zum ge-

nauen Regeln und sicheren Absperren von problematischen Medien, wie beispielsweise • schleissenden Aufschwemmungen von Erzen, Kohle oder Asche, • pastösen Medien, • Feststoff verunreinigten oder faserhaltigen Abwässern, • Suspensionen in der Papierund Zellstoffindustrie, • Laugen und Säuren, • Ölen sowie • Sauerstoff, Luft oder Ammoniakgas. Das Herzstück des neuen Kugelsektorventils der Baureihe 4040 ist der Kugelsektor. Ein Teil des Kugelsektors dient zum Absperren, der andere besitzt eine Bohrung mit einem Durchmesser, der normalerweise etwa 80 Prozent der Ventilnennweite entspricht. Beim Schlies-

sen ändert sich die Form des Öffnungsquerschnitts von vollkommen rund auf elliptisch. Diese Geometrie reduziert die Gefahr, dass die Kugelsektorventile bei kleinen Ventilöffnungen verstopfen, Aufschwemmungen entwässern oder die Ventile im Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeiten verschleissen. Der Kugelsektor dichtet hierbei auch unter härtesten Betriebsbedingungen das Medium über einen einfach austauschbaren Sitzring zum Gehäuse hin ab. Die Kennlinie des Kugelsektorventils ist annähernd gleichprozentig. Diese Kennlinienform stellt ein Optimum für die meisten Betriebsbedingungen dar, insbesondere wenn im Betrieb der Differenzdruck am Ventil bei steigendem Öffnungsgrad überproportional abfällt. Auch

ist diese Kennlinienform toleranter bei Überdimensionierungen, da bei nur teilweise ausgenutztem KvsWert das Ventil aufgrund der flacheren Kennlinie im unteren Öffnungsbereich einen reichlichen Regelweg zurücklegt. Dazu kommt ein ausgezeichnetes Stellverhältnis von 300:1. Das Kugelsektorventil Typ 4040 ist je nach Anwendungsfall in verschiedenen Werkstoffausführungen bis hin zur Dichtigkeitsklasse VI nach IEC 60534-4 lieferbar. Schubert & Salzer Control Systems GmbH Postfach 10 09 07 D-85009 Ingolstadt Telefon +49 (0)841 96 54-0 info.cs@schubert-salzer.com www.schubert-salzer.com

Füllstände präzis anzeigen und regeln ITA-Messinstrumente sind sowohl für Messungen an offenen als auch an geschlossenen Behältern einsetzbar. In einem kommunizierenden Bypassrohr, das an einem Behälter angeflanscht ist, befindet sich ein Zylinderschwimmer. Nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren entspricht die Niveaustandanzeige im Standrohr genau dem Niveaustand im Behälter. Der Schwimmer folgt der Flüssigkeitsoberfläche und überträgt seine Bewegung berührungslos auf die in trockener Aussenumgebung angebrachte Anzeigeschiene. Er besitzt einen Spezialmagneten, der beim Vorbeifahren die magnetischen Lamellen in der Anzeigeschiene 180° um die eigene

Achse dreht. Der Niveaustand ist durch die rote Leuchtfarbe leicht ablesbar, auch bei starken Vibrationen, Schlägen oder schnellen Niveauänderungen. Selbst bei anlageseitigen Betriebsstörungen oder Stromausfällen ist die Funktion ohne Fremdenergie gewährleistet. Anzeigeschiene und Plättchen bestehen aus korrosionsbeständigem Makrolon oder für höhere Prozesstemperaturen aus eloxiertem Aluminium. Die eindeutige und klare Ablesbarkeit auch aus grosser Entfernung und nach mehreren Jahren ist gewährleistet, da keinerlei Trübung durch Produktkontamination oder UV-Strahlung erfolgt.

Die Niveaustandsanzeiger vom Typ ITA können mit einer beliebigen Anzahl von Schaltkontakten ausgerüstet werde. Diese können ohne Betriebsunterbrechung in jeder Position am Standrohr montiert werden. Selbstverständlich ist auch die Montage einer Reedkette mit R/IMessumformer möglich. Der Messraum ist hermetisch geschlossen – es besteht keine offene Verbindung zwischen Flüssigkeitsraum und Reedkette. Fahrer AG CH-8309 Nürensdorf Tel. +41 (0)43 266 20 40 info@fahrer.ch www.fahrer.ch

Pilotgesteuertes Sicherheitsventil Seit letztem Jahr führt Leser eine neue Produktserie im Sortiment: das pilotgesteuerte Sicherheitsventil (POSV) für Öl und Gas sowie petrochemische Anwendungen und Pumpen. Es sind sowohl eine Pop-Action-Ausführung (Serie 810) als auch eine Modulate-ActionVersion (Serie 820) verfügbar. Das eigenmediumgesteuerte POSV bietet dem Betreiber den Vorteil, die Anlage nahe am Ansprechdruck zu fahren. Dies führt zu einer deut-

lichen Steigerung der Leistung und somit der Effizienz der Anlage. Des Weiteren erlauben POSV höhere Gegendrücke als federbelastete Sicherheitsventile. Das besondere Design des POSV mit der internen Verrohrung zwischen Pilot und Hauptventil verringert das Risiko der Beschädigung und der Vereisung. Ein Rückflussverhinderer ist standardmässig integriert.

Pilotgesteuerte Sicherheitsventile sind in den meisten europäischen Ländern erst seit 2004 zulässig, jedoch bereits seit Jahrzehnten im amerikanischen Markt und im Mittleren Osten bewährt. André Ramseyer AG Industriestrasse 32 CH-3175 Flamatt Telefon +41 (0)31 744 00 00 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch

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