ChemieXtra 1-2/2012 by SIGWERB GmbH

1–2 / 2012

Januar – Februar 2012

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

Gib Viren keine Chance! Sichere Dekontamination von Reinräumen und Sicherheitswerkbänken mit H2O2

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EDITORIAL

Gut verpackt … Geschenke erhalten bekanntlich die Freundschaft

Sonderangebote und Neuheiten regelmäßig ...

oder machen die Ehefrau froh. Getreu dieser Devise kaufte ich meiner Gattin eine Schweizer Uhr als Weihnachtsgeschenk. Zur Markenuhr gehörte selbstverständlich auch eine schicke Verpackung. Und die hatte es in sich: Mehr als 700 Gramm wog das Ungetüm, in dem der ganze 27 Gramm schwere Zeitmesser repräsentativ verpackt wurde – viel Lärm um nichts. Auf Verpackungen kann nicht verzichtet werden. Sie können zum Beispiel ein empfindliches Produkt schützen, sie können aber auch im Supermarkt einen Anreiz zum Kauf bilden. Oder sie können doch überflüssig sein. Ältere Leser mögen sich vielleicht noch daran erinnern, dass die Migros vor Jahrzehnten damit begann, Zahnpasta ohne Verpackung zu verkaufen. Was damals vielleicht ein erfolgreicher Werbegag war, war und ist in

... in den

Wirklichkeit ein Segen für die Umwelt: Bei vielen Produkten im Konsumbereich wird heute auf die Verpackung verzichtet. An der Verpackungsfront ist noch einiges möglich. So erklärte Herbert Bolliger, damals noch Migros-Chef, im Jahr 2010: «Wir verpflichten uns, die Verpackungen der 250 beliebtesten Produkte zu verbessern und so ihre Umweltbelastung in den nächsten zwei Jahren um zehn Prozent zu senken. Holger Hoffmann-Riem, Projektleiter Konsum und Wirtschaft beim

GÜNSTIGMAILINGS ... auch in den Bereichen Life Science und Chemikalien!

WWF, meinte dazu: «Auch Verpackungen sollten selbstverständlich so umweltfreundlich wie möglich sein. Es ist überfällig, dass der Abfallberg endlich reduziert wird. Der WWF begrüsst daher die Initiative der Migros, die Verpackungen zu optimieren und dabei auch CO2 einzusparen.» Es liegt mir fern, die Migros als Musterknaben bezüglich Umweltschutz hinzustellen. Auch andere Unternehmen tragen zur Verminderung der Menge an Verpackungsmaterialien bei, dies allein schon aus finanziellen Gründen. Dennoch: An der Verpackungsfront muss noch einiges geschehen. Dazu tragen auch die innovativen Kunststoffe bei, die von Chemikern in aller Welt entwickelt werden.

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Kurt Hermann, Redaktor redaktion@sigwerb.com 1–2/2012

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

CHEMIE

Die zweiundzwanzigste Aminosäure

NEWS

FIRMEN BERICHTEN

BIOWISSENSCHAFTEN

VERFAHRENSTECHNIK

NEWS

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

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

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Herausgeber/Verlag SIGWERB GmbH Unter Altstadt 10 CH-6301 Zug Telefon +41 (0)41 711 61 11 info@sigwerb.com www.sigwerb.com Anzeigenverkaufsleitung Thomas Füglistaler

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Vom Reststoff zum hochwertigen Grundstoff

Wissenschaftler an der ETH Zürich haben ein Molekül entwickelt, das Blutgefässe im Umfeld eines Tumors zum Absterben bringt. Dadurch wird der Tumor «ausgehungert». Die neue Technik hat gegenüber bestehenden Methoden unter anderem den Vorteil, dass sich damit im Grundsatz alle Krebsarten bekämpfen lassen.

Jahrgang 2. Jahrgang (2012)

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Ein neuer Ansatz zur Krebsbekämpfung

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Eine Glasfaser, die Atome zählt

Fast alle bekannten Proteine setzen sich aus nur zwanzig Aminosäuren zusammen. Nicht dazu gehört das vor zehn Jahren entdeckte Pyrrolysin. Wie die Zellen diesen ungewöhnlichen Baustein herstellen, blieb ein Rätsel. Nun konnte die Struktur eines Enzyms im Herstellungsprozess von Pyrrolysin aufgeklärt werden.

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

PHARMA/MEDIZIN

ERNÄHRUNG

UMWELT

VERANSTALTUNGEN

PRODUKTE

PANORAMA

Die EU erlaubt Stevia-Süssstoffe

Vielfach süsser als Zucker, natürlich gewachsen und komplett kalorienfrei: Seit dem 3. Dezember 2011 ist Süssstoff aus der Süsspflanze Stevia legal in der EU zugelassen. In Lebensmitteln dürfen allerdings nur vergleichsweise geringe Mengen verwendet werden. Auch Landwirte dürfen das Süsskraut noch nicht anbauen.

WERKSTOFFE Ein neue Werkstoffklasse

Froschinventur in Bolivien

Deutsche Forscher haben eine «integrative» Bestandesaufnahme von Fröschen im bolivianischen Tiefland durchgeführt. Neben klassischen Methoden wurden moderne Techniken wie DNA-Sequenzanalysen sowie Bioakustik zur Bestimmung der Frösche genutzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Artenvielfalt der bolivianischen Frösche deutlich höher ist, als bisher angenommen.

Ein französisches Forscherteam hat eine neue Werkstoffklasse entwickelt, die leicht, unlöslich, schwer zerbrechlich, recycelbar und reparabel ist und sich gleichzeitig bei hohen Temperaturen reversibel und beliebig umformen lässt. Darüber hinaus sind diese Werkstoffe günstig und einfach herzustellen.

Sichere Dekontamination von Reinräumen und Sicherheitswerkbänken mit Wasserstoffperoxid Die Biodekontamination von Räumen und Containments wie z.B. Sicherheitswerkbänke, sind mit konventionellen Methoden, wie der Wischdesinfektion oder der toxischen und kanzerogenen Formaldehydbegasung sehr unbefriedigend gelöst. Deshalb findet die saubere Alternative mit Wasserstoffperoxid (H2O2) raschen Zugang in viele Bereiche der Pharmaund Biotechnologie, der Tierhaltung sowie ins Spitalwesen. Sie weist eine sehr hohe «Killrate» für alle Arten von Keimen auf und bekämpft das ganze Spektrum an Mikroorganismen. Beim Abbau des überschüssigen Biozids

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Januar – Februar 2012

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DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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Bilder: Historical Archive/Bruno Caflisch

Bild 1. Roche in Basel heute.

F. Hoffmann-La Roche AG, Basel

Vom Seidenband zum Medikament Wie und warum kam Basel zur chemisch-pharmazeutischen Industrie? Marcus Tschudin vermittelt Streiflichter auf eine farbige und heilsame Geschichte, bei der die F. Hoffmann-La Roche & Co. an der Kleinbasler Grenzacherstrasse ab 1896 eine wichtige Rolle spielte.

Marcus Tschudin Basel, in der Nordwestecke der Schweiz an den Ufern des Rheins gelegen und seit 115 Jahren Hauptsitz der Konzernzentrale von Roche, war schon immer ein fruchtbarer Boden für die Chemie, die Pharmazie und die Medizin. Hier wirkte 1527 Theophrastus Bombastus von Hohenheim, genannt Paracelsus, als Dozent und Stadtarzt; hier hielt 1543 der flämische Anatom Andreas Vesalius seine berühmte Vorlesung zur Anatomie mit direkter Demonstration an der menschlichen Leiche. 1685 führte Theodor Zwinger an der hiesigen Universität den ersten Chemiekurs durch; 1820 übernahm Peter Merian den neu geschaffenen Lehrstuhl für Physik und Chemie; 1839 entdeckte sein Nachfolger Christian Friedrich Schönbein in einem bescheidenen Laboratorium Ozon, was Basel Weltruf einbrachte. Mit den Glaubensflüchtlingen aus Frankreich und den Niederlanden waren im 16. Jahrhundert viele Textilfachleute, darunter 4

Bandweber, in das wohlhabende und tolerante Basel gekommen. Die in der Folge rasch aufblühende und seit dem 18. Jahrhundert die ganze Stadt prägende Seidenbandindustrie begann erst in den Siebzigerjahren des 19. Jahrhunderts zu stagnieren. Inzwischen hatten sich aber aus den betreffenden Neben- und Zulieferbetrieben nach und nach neue Industriezweige entwickelt, darunter die Färberei, aus ihr heraus die Teerfarbenindustrie, schliesslich die pharmazeutische Industrie.

Vom Wunderelixier zum Wirkstoff Von 1859 an entstand mithilfe von Spezialisten aus den Textilstädten Lyon und Mülhausen eine Reihe kleiner Teerfarbenfabriken, aus denen in der Folge die Firmen Geigy, Ciba und Sandoz hervorgingen. Nebst neuartigen Farbstoffen wurden bald auch erste, aus Derivaten des Steinkohlenteers synthetisch gewonnene Pharmazeutika produziert. Zudem gab es in Basel seit

Jahrhunderten zahlreiche Drogenhandlungen und Apotheken, die Heilmittel aus Pflanzenextrakten herstellten und allerlei Wunderelixiere anboten. Ende des 19. Jahrhunderts begannen sich die Entwicklungsstränge der synthetischen Wirkstoffe, der Apothekertradition, der Alkaloidherstellung und der Geheimmittel zur wissenschaftlich fundierten, industriellen Produktion von Arzneimittelspezialitäten zu vereinigen: Die Chemie löste die traditionelle Seidenbandweberei als Leitindustrie und wichtigste Arbeitgeberin Basels ab.

Wissenschaft und Wirtschaft Der Standort Basel war damals sowohl wegen seiner günstigen verkehrspolitischen Lage als auch wegen des Rheins von Bedeutung, der das Kühlwasser für Produktionsanlagen lieferte und die Abwässer aufnahm. Ohne den Rhein, diesen wichtigen Transportweg zwischen der Schweiz und den aufstrebenden Industriegebieten in 1–2/2012

Bild: Roche

CHEMIE

Bild 2. Das WerksgelĂ¤nde Roche Basel im Jahr 1903.

Deutschland, hĂ¤tten sich diese Industrien niemals in Basel ansiedeln und entwickeln kĂśnnen.

Ausserdem: Der Ruf der UniversitĂ¤t Basel als europĂ¤isches Zentrum fĂźr chemische und medizinische Studien, das verbreitete

Interesse fĂźr naturwissenschaftliche Fragen und die Weltoffenheit der Basler BevĂślkerung begĂźnstigten die Entwicklung der Industrie betrĂ¤chtlich. Ciba nahm 1889 die Herstellung von Arzneimitteln auf; Roche 1896; Sandoz folgte 1921 und Geigy 1940. In kurzer Zeit wurden diese Unternehmen zum RĂźckgrat der Basler Wirtschaft. Als wichtigen Standortvorteil erwies sich die bis 1907 fehlende Patentgesetzgebung, die es den Basler Firmen erlaubte, ungestraft auslĂ¤ndische Erfindungen zu imitieren beziehungsweise zu kopieren. Parallel zum Aufschwung der chemischen Industrie vollzog sich ein dynamisches Wachstum der BevĂślkerung: WĂ¤hrend man in Basel im Jahre 1870 noch keine 50 000 Einwohner zĂ¤hlte, waren 1900 bereits Ăźber 100 000 Menschen in der Stadt registriert. In die Pionierphase der Basler chemischen Industrie fĂ¤llt auch die GrĂźndung von Roche. Der junge Kaufmann Fritz Hoffmann â&#x20AC;&#x201C; auch er ein AbkĂśmmling der Basler Seidenbandfabrikanten â&#x20AC;&#x201C; Ăźbernahm 1894 zusammen

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1â&#x20AC;&#x201C;2/2012

CHEMIE

mit dem Apotheker Carl Traub ein Laboratorium und einen Produktionsbetrieb der Drogerie Bohny, Hollinger & Cie und fing mit der Produktion von Arzneistoffen an. Zwei Jahre später, am 1. Oktober 1896, trennte sich Hoffmann von Traub und taufte die neue Firma auf den Namen F. Hoffmann-La Roche & Co. – der Jungunternehmer hatte 1895 Adèle La Roche geheiratet. Das Domizil des Unternehmens befand sich an der Kleinbasler Grenzacherstrasse auf einem rheinseitig gelegenen Grundstück. Zusammen mit den Chemikern Emil Barell und Carl Schaerges machte sich Hoffmann daran, seine Pläne für die fabrikmässige Herstellung qualitativ hochwertiger Arzneimittel mit garantiert gleich bleibender Dosierung und Wirkung zu verwirklichen. Roche war damals das einzige chemische Unternehmen in Basel, das nicht aus der Teerfarbenherstellung hervorging, sondern sich von Anfang an ausschliesslich auf pharmazeutische Spezialitäten konzentrierte. Im Lauf der folgenden Jahrzehnte entwickelte sich die Firma dank ihrer Innovationskraft und Wandlungsfähigkeit, aber auch dank ihrer frühen und konsequenten Ex-

pansion in die grossen europäischen und überseeischen Märkte zu einem Weltkonzern und zu einem führenden HealthcareUnternehmen, das im Lauf seiner inzwischen 115-jährigen Geschichte zahlreiche bedeutende Arzneimittel auf den Markt gebracht, darunter Medikamente gegen Krebs-, Stoffwechsel- und Entzündungskrankheiten sowie gegen virale Infektionen und Störungen des Zentralnervensystems.

Tradition und Zukunft Mit ihrem Heimatort Basel von jeher eng verbunden sind die ehemaligen und heutigen Mitglieder der Gründerfamilien Hoffmann und Oeri: Sie haben das wirtschaftliche und kulturelle Leben der Stadt nachhaltig gefördert und bereichert. Am Anfang dieses Engagements stand Maja HoffmannStehlin, die Schwiegertochter von Firmengründer Fritz Hoffmann-La Roche. 1934 heiratete sie den Musiker und Dirigenten Paul Sacher und unterstützte mit ihm zusammen über die folgenden Jahrzehnte hinweg Künstler, Komponisten und Architekten mit Ankäufen und Aufträgen. Beide

haben damit entscheidend zum Ruf Basels als einer Stadt der Kunst beigetragen. Basel wird von den am Rheinknie ansässigen «Chemischen» nach wie vor als ein sehr wettbewerbsfähiger Standort betrachtet. Das zeigen nicht zuletzt die zahlreichen, in den letzten Jahren von Novartis und Roche realisierten Bauprojekte: Sie zeugen vom Willen, die grosse Tradition der Stadt in den Bereichen Chemie, Pharma, Biotechnologie und Medizin aufrechtzuerhalten und weiterzuführen. Diese zukunftsträchtigen Disziplinen gehören nach wie vor zu den grossen Hoffnungsträgern des Standorts: Chemie und Pharmazeutik sind sowohl als Wirtschaftsfaktor als auch als Wissenschaft aus der Rheinstadt nicht mehr wegzudenken. «Wir sind in Basel verwurzelt», so Roche-CEO Severin Schwan. «Für die Identität eines Unternehmens ist es wichtig zu wissen, woher man kommt. Keine Frage: Der Hauptsitz von Roche ist und bleibt in Basel. Hier laufen die Fäden zusammen.» Quelle Nachdruck von Artikel in «myRoche» 2011 [2], Seite 3.

Roche in der Schweiz heute • Im Jahr 2010 arbeiteten bei Roche in der Schweiz mehr als 10 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die aus über 80 verschiedenen Ländern stammen. Von diesen sind rund 8800 am Roche-Hauptsitz in Basel (und Kaiseraugst) tätig, während Rotkreuz gut 1500 Mitarbeitende zählt. Roche ist einer der grössten privaten Arbeitgeber der Schweiz. • Basel ist eines der wichtigsten Pharmaforschungszentren der Roche-Gruppe; hier befinden sich auch die globalen Zentren der Forschungsbereiche Stoffwechsel und Neurowissenschaften. • Rotkreuz ist der globale Hauptsitz von Professional Diagnostics, dem grössten Geschäftsbereich der Division Diagnostics.

• Das globale Logistikzentrum (Lager und Verpackung), das sich in Kaiseraugst befindet, ist das grösste von Roche weltweit und eines der modernsten seiner Art in Europa. • Roche ist in der Schweiz der grösste Anbieter von Arzneimitteln für den Spitalmarkt. Das Unternehmen ist hierzulande auch in der In-vitro-Diagnostik und der gewebebasierten Krebsdiagnostik führend. • Seit 2006 hat Roche in der Schweiz Investitionen von mehr als zwei Milliarden Franken getätigt, davon 400 Millionen allein im Jahr 2010. • In der Schweiz fallen zirka ein Viertel der globalen Ausgaben für Forschung und Entwicklung an. Mit mehr als 3500

Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in der For schung stellt Roche eine der drei grössten Forschungsorganisationen der Schweiz. • Roche führt jährlich Produkte im Wert von annähernd 20 Milliarden Franken aus; das sind etwa 10 Prozent der Gesamtexporte aus der Schweiz. • Roche hat hierzulande als einziges Unternehmen fünf neue, lebensverlängernde Krebstherapien eingeführt. • Vier von fünf Insulinpumpenträgern in der Schweiz verwenden ein RocheProdukt. Dies erhöht ihre Bewegungsfreiheit und reduziert gleichzeitig medizinische Kosten.

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CHEMIE

Auf dem Weg zu massgeschneiderten Enzymen

Pyrrolysin, die zweiundzwanzigste Aminosäure Bis auf wenige Ausnahmen setzen sich alle bekannten Proteine aus nur zwanzig Aminosäuren zusammen. Vor 25 Jahren wurde eine einundzwanzigste Aminosäure entdeckt und vor zehn Jahren eine zweiundzwanzigste, das Pyrrolysin. Wie die Zelle den ungewöhnlichen Baustein jedoch herstellt, blieb ein Rätsel. Nun gelang es Wissenschaftlern der Technischen Universität München, die Struktur eines wichtigen Enzyms im Herstellungsprozess von Pyrrolysin aufzuklären.

Proteine sind Eiweisse, die viele lebenswichtige Prozesse in allen Lebewesen steuern. Sie transportieren Stoffe, katalysieren chemische Reaktionen, pumpen Ionen oder erkennen Signalstoffe. Die Komplexität und Vielzahl an Proteinen ist gross, allein im menschlichen Körper gibt es mehr als 100 000 verschiedene. Sie alle jedoch setzen sich aus nur zwanzig verschiedenen Aminosäuren zusammen. Nur sehr wenige, hochspezialisierte Proteine enthalten zusätzlich noch Selenocystein (Bild 1), die 1986 entdeckte und sehr selten vorkommende 21. Aminosäure. Umso verwunderlicher war es, als 2002 in Methan-produzierenden Archaebakterien der Familie Methanosarcinaceae noch eine 22. Aminosäure entdeckt wurde, das Pyrrolysin (Bild 1). Es wird, ebenso wie Selenocystein und die anderen zwanzig Aminosäuren, von den Basen der DNA direkt kodiert. Die Archaebakterien nutzen die ungewöhnliche Aminosäure in Proteinen, die sie zur Energiegewinnung brauchen. Pyrrolysin befindet sich hierbei im katalytischen Zentrum der bakteriellen Proteine und ist für deren Funktion essenziell. Ohne das Pyrrolysin würde der Energiegewinnungsprozess der Archaebakterien nicht funktionieren. 1–2/2012

Auf frischer Tat ertappt Zu ihrer grossen Überraschung «erwischten» sie dabei das Enzym quasi «auf frischer Tat»: Das Produkt der Reaktion, Methylornithin, befand sich zum Zeitpunkt der Kristallisation noch im Enzym. Es lag dort in einem abgeschlossenen Raum, einer Art Reaktionskessel vor, verbunden mit jenen Zentren des Enzyms, die für seine Entstehung verantwortlich sind. «Dass das Produkt noch im Enzym vorlag, war etwas Besonderes und ein grosser Glücksfall für uns», erklärt Felix Quitterer, wissenschaftlicher Mitarbei-

Bild: Felix Quitterer/TUM

Bild 1. Selenocystein (oben) und Pyrrolysin

Im März letzten Jahres gelang es Wissenschaftlern der Ohio State University, Teile des Pyrrolysin-Herstellungsprozesses zu entschlüsseln. Sie schlugen einen Reaktionsmechanismus vor, nach dem das Enzym PylB den ersten Schritt der Pyrrolysin-Biosynthese katalysiert, indem es die Aminosäure Lysin zum Zwischenprodukt Methylornithin umwandelt. Wissenschaftlern um Michael Groll, Inhaber des Lehrstuhls für Biochemie am Department Chemie der TU München, gelang es nun erstmals, die Kristallstruktur von PylB durch Röntgenstrukturanalyse zu bestimmen.

Bild 2. PylB mit Methylornithin (3MO) und dem Cofaktor S-Adenosylmethionin (SAM)

CHEMIE

ter am Lehrstuhl für Biochemie. «So konnten wir das Methylornithin nicht nur direkt nachweisen, sondern auch rekonstruieren wie es aus der Ausgangsaminosäure Lysin entstanden ist.» Diese Reaktion war nicht nur bislang unbekannt, sie ist auch nur sehr schwer zu katalysieren. Im Enzym gelingt dies einem Cluster aus vier Eisen- und vier SchwefelAtomen im aktiven Zentrum. «Es handelt sich hier um eine aussergewöhnlich elegante enzymatische Reaktion. Kein Chemiker im Labor kann Methylornithin bisher in einer Einstufenreaktion synthetisch aus Lysin herstellen», sagt Groll. Die Umwandlung von Lysin zu Methylornithin hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie die Archaebakterien es schaffen, ein bestehendes System so zu modifizieren, dass eine neue Aminosäure entsteht, die, eingebaut in das richtige Protein, hinterher auch eine ganz spezielle Reaktion ausführt. Diese Kenntnisse wollen Forscher nutzen, um in Zukunft künstliche Aminosäuren nach

eigenen Vorstellungen zu kreieren. Eingebaut in die richtigen Proteine liessen sich so «massgeschneiderte» Enzyme mit speziellen Eigenschaften herstellen, die etwa in der industriellen Biotechnologie oder der Medizin Anwendung finden könnten.

Entwicklung aus den Standardaminosäuren, der Antwort ein Stück näher zu kommen. Die Messungen wurden an der PXI-Beamline des Paul Scherrer Instituts in Villigen durchgeführt. Quelle: TU München

Eine Antwort auf grundlegende Fragen? Die Synthese des Pyrrolysin ist jedoch noch aus einem weiteren Grund interessant: Wissenschaftler erhoffen sich hieraus Hinweise auf die evolutionäre Entwicklung des Aminosäurekanons. Warum ist die gesamte Komplexität der Proteine der Lebewesen aus nur wenigen natürlichen Aminosäuren aufgebaut, obwohl der genetische Code in der Lage wäre weitaus mehr zu kodieren? Eine Antwort auf diese grundlegende Frage nach den Minimalanforderungen für Leben gibt es heute noch nicht. Selenocystein und Pyrrolysin bilden exotische Ausnahmen. Und doch helfen die Kenntnisse über ihre

Originalpublikation Quitterer, F., List, A., Eisenreich, W., Bacher, A. and Groll, M., «Kristallstruktur der MethylornithinSynthase (PylB): Einblicke in die Biosynthese von Pyrrolysin», Angewandte Chemie doi: 10.1002/ange.201107547 Kontakt Prof. Dr. Michael Groll Technische Universität München Lehrstuhl für Biochemie Lichtenbergstrasse 4 D-85748 Garching Telefon +49 (0)89 289 13361 michael.groll@ch.tum.de, www.tum.de

Synthese eines enzymähnlichen Katalysators

Ein flächendeckendes Modellenzym Ein internationales Team um Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart hat die Vorteile zweier verschiedenartiger Katalysatoren miteinander kombiniert: Sie haben auf einer Kupferoberfläche ein Netz aus Eisenatomen und organischen Molekülen erzeugt und damit Sauerstoffmoleküle gespalten. Das metallorganische Netz gleicht der zweidimensionalen Version eines Enzyms, das im wässrigen Milieu einer Zelle Moleküle mit Sauerstoff umsetzt, ohne dass diese gleich komplett in Kohlendioxid zerlegt werden. Katalysatoren dieser Art könnten für die chemische Industrie interessant sein, um Sauerstoff gezielt in organische Verbindungen einzubauen und etwa das Gas Methan in das besser transportierbare Methanol umzuwandeln.

Ohne Katalysatoren läuft in der chemischen Industrie nicht viel. Die Hilfsmittel beschleunigen Reaktionen zwischen verschiedenen Molekülen und helfen so Energie zu sparen, lenken eine Umsetzung zum gewünschten Ergebnis, und manchmal machen sie eine Reaktion erst möglich. Doch leider sind die selektivsten Katalysatoren, die selbst anspruchsvolle chemische Umsetzungen präzise steuern, für grosstechnische Prozesse recht unpraktisch. En8

zyme etwa arbeiten als Biokatalysatoren absolut zuverlässig, aber nur in einer flüssigen Umgebung. Daher müssen Ausgangsstoffe, Produkte und der Katalysator nach einer Reaktion aufwendig voneinander getrennt werden. Im Gegensatz zu dieser homogenen Katalyse strömen die Reaktionspartner bei der heterogenen Katalyse flüssig oder gasförmig über einen festen Katalysator, was die Aufarbeitung enorm erleichtert. Dafür scheitern

heterogene Katalysatoren oft an Reaktionen, die eine besondere Raffinesse erfordern. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung verbinden die Präzision homogener Katalysatoren, genauer gesagt von Enzymen, mit der einfachen Handhabbarkeit von festen Katalysatoren. Sie haben einen enzymähnlichen Katalysator wie ein Netz über einen Festkörper ge1–2/2012

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wohldosiert auf eine Kupferoberfläche, dass sich das filigrane Netz von selbst formte. Dessen Kontenpunkte bilden dabei jeweils zwei Eisenatome, die über die organischen Säure miteinander verknüpft sind (Bild 1).

Bilder: NanoLetters/MPI für Festkörper forschung

Ein Vorbild für praktisch einsetzbare Katalysatoren

Bild 1. Chemie in zwei Dimensionen: Stuttgarter Forscher haben einen enzymähnlichen Katalysator aus zwei Eisenatomen (violett) und vier Terephthalsäuremolekülen auf eine Kupferoberfläche gebracht. Sie verbinden auf diese Weise die ausgesprochen präzise Funktionsweise von Enzymen mit der einfachen Handhabbarkeit fester Katalysatoren.

legt und daran die Spaltung molekularen Sauerstoffs untersucht. Zu diesem Zweck

dampften die Forscher Eisenatome und organische Terephthalsäuremoleküle so

«Damit haben wir ein zweidimensionales Modellsystem für einen Typ von eisenhaltigen Enzymen geschaffen», sagt Klaus Kern, Direktor am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung und Leiter der Studie. «Dieses Modellsystem könnte nicht nur als Vorbild für praktisch einsetzbare Katalysatoren dienen, es ermöglicht uns auch, die Reaktionen an solchen Enzymen genau zu studieren.» Anders als im Durcheinander einer homogenen Katalyse können die Forscher das Reaktionsgeschehen auf der Oberfläche mit geeigneten Mikroskopen und Spektrometern nämlich im Detail verfolgen. «Mit

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dem so gewonnenen Verständnis können wir für vielfältige Reaktionen neue Katalysatoren massschneidern», so Sebastian Stepanow, dessen Arbeitsgruppe am Stuttgarter Max-Planck-Institut massgeblich an der Arbeit beteiligt war. Mit dem Katalysator aus zweiatomigen Eisenknoten und organischen Säureliganden spalteten die Forscher nun Sauerstoffmoleküle. Diesen Prozess beobachteten sie durch ein Rastertunnelmikroskop und mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie und stellten auf der Basis der spektroskopischen Daten Rechnungen an, die den Ablauf der Reaktion Schritt für Schritt wiedergeben. Mit dem Ergebnis, dass sie die gängige Vorstellung von dem Reaktionsmechanismus an solchen Eisenkatalysatoren revidieren mussten (Bild 2). Im ersten Schritt setzt sich den Untersuchungen zufolge auf jedes der beiden Eisenatome ein Sauerstoffmolekül. Nun löst sich zunächst die Bindung in einem der adsorbierten Sauerstoffmoleküle, und die getrennten Sauerstoffatome wandern auseinander, um den vorhandenen Platz am Eisenatom möglichst gut auszunutzen. Eines der beiden Atome kommt dabei dem Sauerstoffmolekül auf dem benachbarten Eisenatom nahe und zupft quasi ein Atom aus diesem Molekül ab, sodass ein neues Molekül entsteht. Dieses überbrückt die beiden Eisenatome und zieht diese ein bisschen zusammen. Im nächsten Schritt löst sich das neugebildete Molekül ab und an beiden Eisenatomen bleibt jeweils ein Sauerstoffatom zurück.

Gesucht: Katalysatoren für die Gewinnung von Wasserstoff «Bisher nahm man an, dass die Reaktion nach einem anderen Mechanismus abläuft», sagt Stepanow. «Unsere Erkenntnisse über den tatsächlichen Mechanismus lassen sich vermutlich auch auf den Reaktionsmechanismus an Enzymen übertragen.» Sie könnten zudem helfen, Katalysatoren jeweils gezielt für Reaktionen auszuwählen, die ein Sauerstoffatom an einem Molekül ergänzen oder entfernen. Denkbar sind aber auch Beschleuniger für Reaktionen, die ein Molekül auf andere Weise mit der Kraft des Sauerstoffs verändern, etwa indem dieser dem Molekül Wasserstoff entreisst. 10

Bild 2. Wie Sauerstoffmoleküle an einigen Enzymen gespalten werden, lässt sich an dem metall organischen Netz mit zwei Eisenatomen an den Knotenpunkten studieren: Auf beide Eisenatome setzt sich jeweils ein Sauerstoff-Molekül. Die Moleküle zerfallen in insgesamt vier Atome. Zwei davon bilden ein neues Molekül, die anderen beiden (gestrichelte Kreise) finden einen Platz an den Eisenatomen und verschieben dabei zwei organische Moleküle.

«Der Mechanismus erklärt auch, warum ein einzelnes Eisenatom an den Knoten des metallorganischen Netzes nicht reicht, um Sauerstoff zu spalten», sagt Stepanow. Tatsächlich fand keine Spaltungsreaktion statt, als die Stuttgarter Forscher Sauerstoff über ein Netz derselben Strickart mit nur einem Eisenatom zwischen den Säuremolekülen strömen liessen. Aber auch der metallorganische Katalysator mit zweiatomigen Eisenzentren eignet sich für die Praxis noch nicht, weil die Reaktion nach der Sauerstoffspaltung nicht stehen bleibt. Denn die vereinzelten Sauerstoffatome bleiben nur für kurze Zeit oben auf dem Eisen sitzen, bevor sie den Kontakt zur Kupferoberfläche suchen. Dabei schieben sie jeweils ein Säuremolekül zur Seite, was die Stuttgarter Forscher gut im Bild des Rastertunnelmikroskops erkennen konnten. Die Sauerstoffatome selbst landen halbwegs zwischen Eisenatom und Kupferoberfläche, sodass eventuelle Reaktionspartner nicht mehr an sie herankommen. «Wir suchen daher nach stabilen metallorganischen Systemen, die die gespaltenen Sauerstoffatome in einer weiteren Reaktion umsetzen können», sagt Kern. Solche Katalysatoren könnten dann auf breiter Fläche diffizile chemische Umwandlungen steuern, wie etwa die Spaltung von Wassermolekülen zur Gewinnung von Wasserstoff als Energieträger.

Originalpublikation Stefano Fabris, Sebastian Stepanow, Nian Lin, Pietro Gambardella, Alexandre Dmitriev, Jan Honolka, Stefano Baroni, and Klaus Kern, «Oxygen Dissociation by Concerted Action of Di-Iron Centers in MetalOrganic Coordination Networks at Surfaces: Modeling Non-Heme Iron Enzymes», Nano Letters 11 [12], 5414–5420 (2011). Kontakt Dr. Sebastian Stepanow Max-Planck-Institut für Festkörperforschung Heisenbergstrasse 1 D-70569 Stuttgart Telefon +49 (0)711 689 1541 s.stepanow@fkf.mpg.de www.fkf.mpg.de

Die ersten technischen Katalysen Als erste vom Menschen angewandte katalytische technische Prozesse gelten die Alkoholvergärung aus Zucker, von den Sumerern in Mesopotamien bereits 6000 vor Christus angewendet, sowie die Essigsäureherstellung aus Alkohol mithilfe von katalytisch wirkenden Enzymen. Quelle: Wikipedia

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft 1–2/2012

INTRODUCING WATERS ACQUITY UPSFC™ SYSTEM

This normal phase chromatographic solution uses CO2 as the main mobile phase — reducing solvent and increasing opportunities. Now you can run chiral and achiral applications with superior performance, with the world’s first holistically designed, UPLC®-based SFC system integrated with Waters chemistries. How’s that for an answer? Learn more at waters.com/upsfc ©2011 Waters Corporation. Waters and UPLC are registered trademarks of Waters Corporation. ACQUITY UPSFC and The Science of What's Possible are trademarks of Waters Corporation.

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1–2/2012

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CHEMIE

Galliumionen beschleunigen den Prozess

Ionenstrahl lässt Nanodrähte wachsen Ultradünne Drähte aus Silicium wachsen zu lassen – das ist heute ein wichtiges Ziel in der Materialwissenschaft. Siliciumdrähte im Nanometerbereich haben ganz spezielle chemische und physikalische Eigenschaften, die sie zu einem höchst attraktiven Material für Transistoren, Solarzellen oder speziellen LED machen. Allerdings sind solche Siliciumdrähte sehr schwer herzustellen. An der Technischen Universität Wien wurde eine neue Methode entwickelt, mithilfe eines Ionenstrahls die winzigen Siliciumdrähte zum Wachsen zu bringen.

gen entscheidende Nachteile mit sich: Manche funktionieren nur bei sehr hohen Temperaturen, andere nur im Ultrahochvakuum.

Bilder: TU Wien

Besser als Gold: Galliumionen

Bild 1. Ein Smiley aus Siliciumnanodrähten.

Elektrotechniker an der TU Wien gehen daher einen anderen Weg – und kommen dabei ohne Gold oder extreme äussere Bedingungen aus: Mithilfe eines fokussierten Ionenstrahls werden Galliumionen in einen Siliciumkristall knapp unter der Oberfläche implantiert. Danach wird das Silicium auf 500 °C erhitzt, wodurch die Galliumionen an die Oberfläche des Siliciumkristalls

Dabei können extreme Wachstumsraten von mehreren Mikrometern pro Minute erreicht werden – für den Nanobereich eine fantastische Wachstumsrate. Bei dieser Methode kann durch gezielten Beschuss mit Galliumionen präzise festgelegt werden, wo die Nanostrukturen wachsen sollen und wo nicht. Das bewiesen die Wissenschaftler unter anderem dadurch, dass sie einen Smiley aus Nanodrähten wachsen liessen (Bild 1) – und dieses Bild schaffte es sogar auf das Titelblatt der renommierten Fachzeitschrift «Nanotechnology». Quelle: TU Wien

Wären wir Menschen so klein wie eine Ameise, hätten unsere Haare umgerechnet etwa die Dicke von Nanodrähten: Nur etwa hundert Nanometer messen die Siliciumfädchen, von denen man sich neue Möglichkeiten in der Elektronik verspricht. Theoretisch können diese Siliciumkristalle ganz von selbst entstehen: Wenn ein kleiner Kristall von siliciumhaltigem Gas umgeben ist, kann er einzelne Atome an sich binden und Schicht für Schicht wachsen. Allerdings dauert das viel zu lang, deshalb beschleunigt man beim heute weit verbreiteten Vapour-Liquid-Solid-Verfahren die Reaktion mit Gold, das als Katalysator wirkt. «Winzige Goldtröpfchen auf den Nanodrähten können Siliciumatome adsorbieren und durch das Gold hindurch zum Nanodraht gelangen lassen, wo sich die Atome dann anlagern», erklärt Alois Lugstein vom Institut für Festkörperelektronik der Technischen Universität Wien. Allerdings beeinflusst das Gold die elektronischen Eigenschaften der Nanodrähte und vermindert dadurch ihre Leistungsfähigkeit. Auch andere Herstellungsmethoden brin12

Originalpublikation Martin Hetzel, Alois Lugstein, Clemens Zeiner, Tomasz Wójcik, Peter Pongratz and Emmerich Bertagnolli, «Ultra-fast vapour–liquid–solid synthesis of Si nanowires using ionbeam implanted gallium as catalyst», Nanotechnology 22, 395601 (2011).

Bild 2. Detailaufnahme vom Auge des Smileys.

wandern. Nun spielen die Galliumionen eine ganz ähnliche Rolle wie die Goldtröpfchen im klassischen Vapour-Liquid-SolidVerfahren. In einer Atmosphäre, die Monosilan (SiH4) enthält 1), lagert sich mithilfe der Galliumionen das Silicium am Kristall an. 1)

Die Arbeitsgruppe Lugstein verwendet auch SiCl 4 oder Si 3Cl 8 , um Nanodrähte wachsen zu lassen; andere Forschungsgruppen setzen zudem Si 2H 6 ein.

Kontakt Ass.Prof. Dr. Alois Lugstein Technische Universität Wien Institut für Festkörperelektronik Floragasse 7 A-1040 Wien Telefon +43 (0)1 58801 36241 alois.Lugstein@tuwien.ac.at www.tuwien.ac.at69

Wer nichts als Chemie versteht, versteht auch die nicht recht. Georg Christoph Lichtenberg (1742–1799)

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CHEMIE

Designermaterialien aus Marburg

Gefangen in einem biegsamen KĂ¤fig

Bild: Philipps-UniversitĂ¤t/AG Dehnen

KĂ¤fige aus Metallatomen weisen eine flexible Struktur und verĂ¤nderbare Eigenschaften auf, wenn bestimmte Atome anderen Typs darin eingeschlossen sind. Das berichtet eine europĂ¤ische Forschergruppe unter Marburger Leitung im ÂŤJournal of the American Chemical SocietyÂť. Die beschriebenen KugelmolekĂźle aus 13 Metallatomen weisen eine bisher unbekannte rĂ¤umliche Gestalt mit neun SeitenflĂ¤chen auf.

Bild 1. Die rĂ¤umliche Gestalt eines intermetallischen ClustermolekĂźls in schematischer Darstellung.

Metalle kĂśnnen neue Eigenschaften erwerben, wenn man sie mit Spuren andersartiger Stoffe versieht oder ÂŤdotiertÂť, wie es im Fachjargon heisst. ÂŤDas Prinzip des Dotierens lĂ¤sst sich auch auf MolekĂźle Ăźbertragen, deren HĂźlle aus Hauptgruppen-Metallatomen besteht und die im Inneren ein

Ă&#x153;bergangsmetallion einschliessenÂť, erlĂ¤utert Stefanie Dehnen von der Philipps-UniversitĂ¤t In Marburg. Dehnens Arbeitsgruppe konnte erst kĂźrzlich die Klasse dieser intermetallischen ClustermolekĂźle erweitern, indem sie erste Beispiele herstellte, in die Metallionen von Seltenerdmetallen eingebaut sind. Nunmehr ist dem Team ein weiterer Schritt auf dem Weg zu Designermaterialien gelungen, die massgeschneiderte Eigenschaften annehmen kĂśnnen: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Marburg, MĂźnster, Karlsruhe und Bordeaux berichten Ăźber die Synthese neuartiger Cluster mit eingeschlossenen Lanthan- oder Cerionen, die bisher noch nicht beschrieben wurden. Die Analyse der MolekĂźlgestalt ergab, dass die HĂźlle in dem einen Fall aus 14 Metallatomen, im anderen aus 13 Metallatomen besteht, wobei bereits minimale VerĂ¤nderungen in der Zusammensetzung erhebliche Auswirkungen haben kĂśnnen: ÂŤDie Metallionensorte, die in KĂ¤figen aus Hauptgruppenmetallen eingesperrt ist, entscheidet Ăźber Strukturdetails und Bindungsei-

genschaften der Cluster und beeinflusst â&#x20AC;&#x201C; wie bei einem dotierten FestkĂśrper â&#x20AC;&#x201C; deren physikalische Eigenschaften, wie das magnetische Verhalten oder die BandlĂźckeÂť, schliesst Dehnen aus den vorgelegten Untersuchungen. Quelle: UniversitĂ¤t Marburg Originalpublikation Felicitas Lips et al., ÂŤDoped Semimetal Clusters: Ternary, Intermetalloid Anions [Ln@Sn7Bi7]4â&#x20AC;&#x201C; and [Ln@Sn4Bi9 ]4â&#x20AC;&#x201C; (Ln = La, Ce) with Adjustable Magnetic PropertiesÂť, J. Am. Chem. Soc. 134 [2], 1181â&#x20AC;&#x201C;1191 (2012). Kontakt Prof. Dr. Stefanie Susanne Dehnen Philipps-UniversitĂ¤t Marburg Fachbereich Chemie Hans-Meerwein-Strasse D-35043 Marburg Telefon +49 (0)6421 28 25751 dehnen@chemie.uni-marburg.de www.uni-marburg.de/fb15/ag-dehnen

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NEWS

Bild: Uni Basel

Assistenzprofessor für Nanobiologie

Roderick Lim

Zum neuen Assistenzprofessor (mit Tenure Track) für Nanobio-

logie an der PhilosophischNaturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Basel wurde vom Rektorat Roderick Lim gewählt. Dabei handelt es sich um die zweite Argovia-Professur an der Universität Basel, die am Biozentrum angesiedelt wird. Finanziert wird sie aus Mitteln des Swiss Nanoscience Institute, des Kantons Aargau sowie des Biozentrums. Lim ist derzeit als Gruppenleiter am Maurice-E.Müller-Institut für Strukturbiologie am Biozentrum tätig.

Geboren 1974 in Singapur, studierte er Angewandte Physik an der Universität of North Carolina at Chapel Hill (USA), wo er mit einem Bachelor of Science abschloss. Anschliessend war Lim bis 2003 am Institute of Materials Research and Engineering in der Materialforschung auf der Nanometerskala tätig, womit er 2003 an der National University of Singapore mit einem Doktorat abschloss. 2004 kam Lim als Nachwuchswissenschaftler in die Gruppe

von Ueli Aebi ans Biozentrum der Universität Basel, wo er in den folgenden vier Jahren im Rahmen des NCCR «Nanoscale Science» bahnbrechende Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Nanobiologie durchführte. Mit Lim ist die Kontinuität der von Aebi am Basler Biozentrum erfolgreich begonnenen nanobiologischen Forschungsarbeiten gesichert. Quelle: Universität Basel

Ruzicka-Preis an Ryan Gilmour Ryan Gilmour, Professor am Laboratorium für Organische Chemie der ETH Zürich, ist mit dem mit 10 000 Schweizer Franken dotierten Ruzicka-Preis 2011 ausgezeichnet worden. Der Preis gilt als der wichtigste Schweizer Nachwuchspreis auf dem Gebiet der Chemie. Der gebürtige Schotte Gilmour erhielt den Preis für die Entwicklung einer neuen Klasse von Katalysatoren, deren spezifische Wirkung auf einem Fluoratom beruht. Solche Katalysatoren

baut Gilmour als vergleichsweise winzige chemische Moleküle in einer bestimmten, Fluor enthaltenden Form nach. «Ryan Gilmour hat es als Assistenzprofessor geschafft, in kurzer Zeit eine tatkräftige Arbeitsgruppe aufzubauen, und die nun ausgezeichnete Forschungsarbeit mit eigener Kreativität entwickelt», sagt Detlef Günther, Vorsteher des Departements Chemie und Angewandte Biowissenschaften. Der Preis, der nach dem Nobelpreis-

träger und ETH-Professor Leopold Ruzicka (1887–1976) benannt ist, wird seit 1957 an junge Forscher vergeben, die eine herausragende Arbeit auf dem Gebiet der Chemie veröffentlicht haben. Der Preis wird durch Gelder aus der schweizerischen chemischen Industrie ermöglicht und ist neben dem Werner-Preis der bedeutendste Schweizer Preis für Nachwuchsförderung in der Chemie. Quelle: ETH Life

Der emeritierte ETH-Professor Dieter Seebach, der Preisträger Ryan Gilmour und der ETH-Professor Detlef Günther (vlnr).

Bilder: Lonza

Lonza: Wechsel bei der Standortleitung Visp

Stefan Troger

Stéphane Mischler

Stefan Troger wird per 1. April 2012 zum Standortleiter Visp befördert und an Harry Boot berichten. Durch diese Ernennung wird die Führung des Standorts mit dem Projekt VispChallenge

zusammengelegt. Troger folgt auf Stéphane Mischler, der die Funktion des Standortleiters Visp während den letzten paar Jahren erfolgreich ausgeübt hat. Nach einer Karriere von mehr als 30

Jahren bei Lonza wird Mischler in diesem Jahr in den Ruhestand treten. Er wird Troger und das Standortleitungsteam bis zu seiner Pensionierung in ihren Bestrebungen unterstützen, den Standort Visp auf die nächsten Jahrzehnte vorzubereiten. Mischler wird zudem bis zu seiner Pensionierung mit der Pensionskasse von Lonza zusammenarbeiten. Troger war während den letzten 20 Jahren in verschiedenen Positionen innerhalb von Lonza tätig. Zuletzt leitete er die Ge-

schäftseinheit LCMB (Lonza Custom Manufacturing – Biological Manufacturing) in Visp und übernahm daraufhin die Rolle als Projektleiter von VispChallenge. Das Projekt VispChallenge wurde entwickelt, um Lösungsstrategien für die zukünftige Ausrichtung am Standort Visp aufzuzeigen. In den nächsten Wochen werden Troger und sein Team die Organisation in Visp weiter optimieren, um die Geschäftsanforderungen zu erreichen und zu unterstützen. Quelle: Lonza 1–2/2012

BIOWISSENSCHAFTEN

Ersatz für synthetisch hergestellte Antikörper

Neue Forschungsansätze durch Nanobodies Kleinste Antikörperfragmente, sogenannte Nanobodies, lassen sich in der Forschung Erfolg versprechend einsetzen. Die Forschungsgruppe von Markus Affolter am Biozentrum der Universität Basel hat erstmals eine Methode entwickelt, mit der sich Nanobodies zur gezielten Beeinflussung und Steuerung von Proteinfunktionen im Körper einsetzen lassen. Die Forschungsergebnisse können auch neue Möglichkeiten zur Behandlung schwerer Krankheiten liefern.

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Emmanuel Caussinus aus Affolters Forschungsgruppe eine Methode entwickelt, mit deren Hilfe sich Nanobodies an andere Funktionen koppeln lassen, die es erlauben, Proteine in lebendigen Lebewesen durch die künstlich hergestellten GFP-Nanobodies gezielt zu steuern und zu regulieren. Nanobodies könnten nun für die Forschung, aber auch zu Therapiezwecken immer mehr an Bedeutung gewinnen.

Therapiemöglichkeiten durch Nanobodies Proteine sind ein Hauptbestandteil aller Lebewesen und halten sämtliche Lebensfunktion im Körper aufrecht. Fehlerhafte Proteine können zu Krankheiten führen. Als Immunantwort setzt der Organismus seine im Körper hergestellten Antiköper ein, um solch pathogene Eindringlinge zu bekämpfen. Sie sind zentraler Bestandteil des Immunsystems und können die fehlerhaften Proteine nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip gezielt ausschalten. In der Medizin werden vielfach auch synthetisch hergestellte Antikörper eingesetzt, um Krankheiten wie Asthma, Rheuma oder Krebs zu behandeln. Die Herstellung solcher Antikörper ist jedoch ein höchst aufwendiges und teures Verfahren. Nanobodies könnten den Einsatz solch synthetisch hergestellter Antikörper zukünftig nicht nur in der Forschung, sondern auch bei der Therapie von Krankheiten langfristig ablösen. Ihr Einsatz könnte zudem Therapien ermöglichen, die auf die Regulierung von zellinternen Proteinen abzielen, eine Anwendung, die mit konventionellen Antikörpern nicht möglich ist. Quelle: Universität Basel

Bild: David S. Goodsell, RCSB Protein Data Bank

Während der Einsatz von Antikörpern in Forschung und Wissenschaft sowie im Rahmen medikamentöser Therapien bereits zur Routine geworden ist, werden Nanobodies, kleinste Antikörperfragmente aus Kamelen, bislang in der Wissenschaft nur wenig angewendet. Der Forschungsgruppe von Markus Affolter am Biozentrum der Universität Basel ist es gelungen, einen Nanobody, der gegen GFP (Green Fluorecent Protein) gerichtet ist, so zu funktionalisieren, dass er erfolgreich in der Grundlagenforschungsarbeit eingesetzt werden kann. Dank dessen Eigenschaft, GFP-Fusionsproteine abzubauen, konnten die Forscher den Einfluss des Nanobodies auf die Proteinfunktion im lebenden Organismus verfolgen. Als Modell zur Untersuchung ihrer Methode diente die Fruchtfliege Drosophila. Die Forschungsergebnisse sind insofern von Bedeutung, als sich zukünftig mithilfe von Nanobodies Proteinfunktionen im lebenden Organismus schneller und gezielter untersuchen und steuern lassen als mit herkömmlichen Methoden. Proteine im Zellinneren künstlich durch Antikörper zu inaktivieren, ist normalerweise nicht möglich, da Antikörper aus einer Kette von tausend Aminosäuren bestehen und in Zellen weder eintreten noch darin funktionieren. Nanobodies haben lediglich eine Grösse von etwa 100 Aminosäuren. Diese stark reduzierte Grösse und ihre Eigenschaft, sich im Zellinneren zu funktionsfähigen Proteinen zu falten, machen Nanobodies für die Grundlagenforschung so interessant. Obwohl sie sich ebenso wie Antikörper zur Blockierung von Proteinfunktionen einsetzen lassen, wurden Nanobodies in der Wissenschaft bislang wenig beachtet. Durch ein genetisch gesteuertes Verfahren hat

Bild 1. Antikörper und Nanobody – ein Vergleich.

Originalpublikation Emmanuel Caussinus, Oguz Kanca & Markus Affolter, «Fluorescent fusion protein knockout mediated by anti-GFP nanobody», Nature Structural & Molecular Biology, Published online 11 December 2011, doi: 10.1038/nsmb.2180 Kontakt Prof. Dr. Markus Affolter Biozentrum der Universität Basel Klingelbergstrasse 50/70 CH-4056 Basel Telefon +41 (0)61 267 20 72 markus.affolter@unibas.ch, www.unibas.ch 15

BIOWISSENSCHAFTEN

Tumoren werden aushungert

Ein neuer Ansatz zur Krebsbekämpfung Mit einem neuen Ansatz wollen Forschende der ETH Zürich Krebs bekämpfen. Wissenschaftler unter der Leitung von Dario Neri haben ein Molekül entwickelt, das Blutgefässe im Umfeld eines Tumors zum Absterben bringt. Dadurch wird der Tumor «ausgehungert». Die neue Technik hat gegenüber bestehenden Methoden eine Reihe von Vorteilen, unter anderem dass sich damit im Grundsatz alle Krebsarten bekämpfen lassen.

Moderne Krebsmedikamente, die biotechnologisch hergestellt werden, basieren häufig auf Antikörpern. Meistens kommen diese Antikörper unverändert zum Einsatz, was allerdings – mit wenigen Ausnahmen – nicht sehr effizient ist. Ein bedeutender Trend in der Entwicklung von neuen Chemotherapeutika ist daher, die Antikörper zu «bewaffnen», beispielsweise indem man sie an einen zelltötenden Wirkstoff koppelt, um deren Effizienz zu erhöhen. Wissenschaftler unter der Leitung von Dario Neri, Professor für Biomakromoleküle am Institut für Pharmazeutische Wissenschaften der ETH Zürich, haben in Zusammenarbeit mit Philochem, einer Startup-Firma der ETH Zürich, einen solchen bewaffneten Antikörper entwickelt. In Laborversuchen konnten sie zeigen, dass

Ein Guter Tipp

쎲 Laborchemikalien 쎲 Bioanalytik 쎲 Chromatographie 쎲 Filtration

Geringeres Resistenzrisiko Neris vielversprechender Ansatz unterscheidet sich in mehreren Punkten von anderen sich in Entwicklung befindenden bewaffneten Antikörpern. Die Makromoleküle der ETH-Forscher richten sich nicht gegen Krebszellen direkt, sondern gegen neu gebildete Blutgefässzellen im Umfeld des Tumors. Dadurch wird die Nährstoffzufuhr des Tumors unterbunden und dessen Wachstum gehemmt. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass sich damit nicht nur eine bestimmte Krebsart, sondern im Grundsatz alle Krebsarten bekämpfen lassen. Zudem erwarten die Forscher, dass die Krebszellen dadurch weniger schnell Resistenzen gegen Chemotherapeutika bilden. Eine weitere Besonderheit der neuen Makromoleküle ist, dass sie nicht, wie sonst üblich, Proteine an der Oberfläche der Zelle erkennen, sondern solche im Gewebe um die Zellen herum, der extrazellulären Matrix. Dies hat den Vorteil, dass der zelltötende Wirkstoff bereits im Umfeld des Tumors freigesetzt wird und so auch Bereiche des Tumors erreichen kann, die mit herkömmlichen Makromolekülen nicht zu erreichen wären.

Weitere Forschungsarbeit nötig

Industriestrasse 7 CH-5522 Tägerig Tel. 056 481 70 60 Fax 056 481 70 68 www.egtchemie.ch

damit behandelte krebskranke Mäuse rund doppelt solange überlebten als ohne Behandlung.

Zudem sind in Neris neuem Ansatz Antikörper und pharmazeutischer Wirkstoff nicht über ein Bindemolekül verbunden, sondern über eine direkte chemische Bindung. «Dadurch wird die Synthese der Makromoleküle einfacher und besser kontrollierbar», sagt der Erstautor der Studie,

Bild: Philochem AG

Fabio Bergamin

Bild 1. Mikroskopische Aufnahme eines von gesundem Gewebe umgebenen Tumors. Blutgefässe des Tumors sind rot, gesundes Gewebe ist grün gefärbt.

ETH-Wissenschaftler Gonçalo Bernardes. Zudem entfielen dadurch eine Reihe von Problemen, die solche Bindemoleküle potenziell verursachen können. «Mit der neuen Studie konnten wir zeigen, dass der neue Ansatz funktioniert», sagt Neri. In Mäusen angewandt, hatte das neue Makromolekül eine messbare krebshemmende Wirkung. Von Krebs geheilt wurden die Tiere allerdings nicht. Neri: «Bevor das neue Molekül in klinischen Versuchen bei Menschen getestet werden kann, ist daher noch weitere Forschungsarbeit nötig.» Quelle: ETH Life vom 19. Dezember 2011

Originalpublikation Gonçalo J. L. Bernardes, Giulio Casi, Sabrina Trüssel, Isabelle Hartmann, Kathrin Schwager, Jörg Scheuermann, Dario Neri, «A Traceless Vascular-Targeting Antibody–Drug Conjugate for Cancer Therapy», Angewandte Chemie, 124 [4], 965–968 (2012) 1–2/2012

NEWS

Das in Lomazzo bei Como beheimatete Start-up Directa Plus (www.directa-plus.com) hat ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Graphen entwickelt. Mit der Massenproduktion soll im Frühjahr 2012 begonnen werden. «Für Graphen gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten», so Firmengründer Giulio Cesareo im Gespräch mit pressetext. «Sie reichen vom Autoreifen über die Lithium-Ionen-Batterie bis hin zu leitfähigen Tinten und Halbleitern», erklärt der italienische Ingenieur, der auf eine mehr als 20-jährige Berufser-

fahrung bei internationalen Chemiemultis zurückblickt. Bei Graphen handelt es sich um eine Kohlenstoffverbindung, die 50 Mal widerstandsfähiger als die von Stahl ist. 0,77 Gramm reichen aus, um eine 4 Kilogramm schwere Katze zu tragen. Weitere Vorteile sind die im Vergleich zum Stahl sechs Mal höhere Elastizität und die extrem hohe Leitfähigkeit. Bei der Fertigung von Transistoren und Mikrochips kann mit dem hauchdünnnen Material deshalb auch das immer knapper werdende Silicium ersetzt werden.

Expertenschätzungen zufolge dürfte die weltweite Nachfrage nach Graphen in den kommenden zwei Jahren von 68 auf 155 Tonnen und im Jahr 2017 bis auf 573 Tonnen klettern. Die sich noch im Testlauf befindende Maschine in Lomazzo kommt auf eine Jahresleistung von fünf Tonnen. Nach Auskunft der Ingenieure kann ihre Kapazität ohne Weiteres auf das Hundertfache gesteigert werden. Die auf Nanotechnologie spezialisierte Directa Plus war im 2005 von Cesareo und vier Berufskollegen gegründet worden. Zum Unternehmen gehören auch zwei Forschungs-

Bild: AlexanderAlUS/Wikipedia

Newcomer startet industrielle Graphenproduktion

Die ideale kristalline Struktur von Graphen ist ein sechseckiges Gitternetz.

labors im US-Bundesstaat Cleveland und in Ulm. Quelle: pressetext Nachrichtenagentur GmbH

Effizientes technisches Training online Mit my|eCampus hat Endress+ Hauser ein innovatives, webbasiertes Trainingsprogramm speziell für die industrielle Verfahrenstechnik entwickelt (endress.my-e-campus.com). Das technische Training online ermöglicht es, sich rund um die Uhr komfortabel zum Thema Messtechnik und Automatisierungslösungen zu qualifizieren – Reisezeiten und Fahrtkosten entfallen komplett. Bild: E+H

Jede der Einheiten ist so ausgelegt, dass sie in maximal einer Stunde zu absolvieren ist. Ein

abschliessender Test inklusive Zertifikat stellt einen nachhaltigen Lernerfolg sicher. Das mehrsprachige Trainingsprogramm startet zunächst mit acht technischen Grundlagenthemen. Die erste Lerneinheit «Grundlagen der industriellen Messtechnik» ist kostenfrei zugänglich. Das weitere Trainingsangebot bietet Endress+ Hauser gegen eine geringe Nutzungsgebühr an. Auf Wunsch er stellt das Unternehmen seinen Kunden auch individuelle massgeschneiderte E-LearningAngebote.

Die Technologien und deren gerätetechnische Anwendungslösungen werden in verschiedenen Industrien entlang der Produktlinien von Endress+Hauser praxisnah dargestellt. Besonderen Wert legt der Komplettanbieter für Messtechnik dabei auf Interaktionen mit dem Lernenden und einen ausgewogenen Mix multimedialer Wissensvermittlung. Dies macht das ELearning-Programm nicht nur attraktiv, sondern bietet dauerhaften didaktischen Mehrwert. Quelle: Endress+Hauser

Das Lebenswerk von William A. de Vigier William A. de Vigier, der Solothurner Unternehmer und Mäzen, wäre am 22. Januar 2012 100 Jahre alt geworden. Aus diesem Anlass würdigt die Bill de Vigier Stiftung das Lebenswerk des 2003 Verstorbenen mit einer Ausstellung. Diese kann dank der grosszügigen Unterstützung der Familie de Vigier 1–2/2012

realisiert werden; sie ist bis Ende Oktober im Vigier-Sommerhaus in Solothurn zu sehen. Eröffnung ist am 31. Mai 2012. Anhand von historischen Dokumenten, mit Fotos sowie mit Ton- und Filmaufnahmen wird in der Ausstellung das Wirken von William A. de Vigier nach-

gezeichnet. Themeninseln zeigen in chronologischer Abfolge die wichtigsten Eckpunkte aus dem Leben einer herausragenden Unternehmerpersönlichkeit. So führt der virtuelle Rundgang von Solothurn zu Beginn des 20. Jahrhunderts über England zur Zeit des 2. Weltkriegs bis in die heutigen Tage.

Öffentlich besichtigt werden kann die Ausstellung am 3. Juni, 7. Juli, 19. August, 23. September und 28. Oktober 2012. In der übrigen Zeit sind geführte Besuche nur für Gruppen und auf Anmeldung möglich. Weitere Informationen: www.sommerhaus-devigier.ch Autor: Claus Niedermann 17

NEWS

Bild: Laetus

Serialisierung im Pharmapackaging wird Pflicht

Track und Trace mit der Kamera iCAM von Laetus

Pharmahersteller müssen im Bereich Packaging aufrüsten: Markierungsgeräte, Drucker und vor allem Kontrollsysteme werden gebraucht, um den neuen Anforderungen der EU gerecht

zu werden. Voraussichtlich ab 2016 müssen verschreibungspflichtige Medikamente in allen EU-Staaten Sicherheitsmerkmale tragen, Verpackungen serialisiert und versiegelt werden. Eine geeignete und zukunftsfähige Lösung mit modularem Aufbau und daher beliebig erweiterbar ist S-TTS von Laetus (www.laetus.com). Die Installation auf einzelnen Maschinen ist ebenso möglich, wie die Einrichtung kompletter Linien. Je nach gewählter Ausbaustufe lassen sich einfache Anwendungen realisieren wie Codierungen konform zum French CIP oder

SpringerLink-App für das iPhone Springer (www.springer.com) hat eine mobile SpringerLink-App für das iPhone und das iPod Touch herausgebracht, die kostenfrei vom iTunes-App Store heruntergeladen werden kann. Mit der App hat der Nutzer direkten Zugriff auf die Plattform SpringerLink, auf der Artikel aus über 2000 wissenschaftlich begutachteten Fachzeitschriften oder Buchkapitel aus 49 000 eBooks abrufbar sind. SpringerLink bietet insgesamt über 5,4 Millionen Dokumente aus allen STM-Bereichen (Science, Technology, Medicine). Die mobile SpringerLink-App bietet eine Reihe von Funktionen, wie beispielsweise persönliche Benachrichtigungen, eine Speicher- und Weiterleitungsoption, erweiterte Suchfunktionen, Zugriff auf Abstracts oder auf Volltexte (für Abonnenten) mit den entsprechenden bibliografischen Angaben. Zusätzlich bietet die App eine multifunktionale Startseite, von der aus Schlüsselwörter mit der erweiterten Suchfunktion verknüpft werden können. Eine Suche 18

kann gespeichert und direkt von der Startseite aus wieder aufgerufen werden. Der Nutzer kann ebenfalls über diese Startseite benachrichtigt werden, wenn neue Kapitel oder Artikel mit Begriffen aus seiner gespeicherten Suche erscheinen. Die App bietet freien Zugang zu den Abstracts, zu über 127 000 wissenschaftlichen Open Access-Artikeln, Buch- und Zeitschriftencovern und weitere Detailinfos zu den einzelnen Dokumenten. Nutzer, die über eine Bibliothek oder eine andere Forschungseinrichtung ohnehin Zugang zu Springer-Link haben, erlangen mit der App auch Zugriff auf die Volltexte. Sie können sich die Dokumente sofort ansehen, wenn sie über das Abonetzwerk verbunden sind. Ist ein Nutzer nicht mit dem Netzwerk verbunden, hat aber einen gültigen Benutzernamen und ein gültiges Passwort, so wird ihm ein Link zum Einloggen angezeigt. Dokumente können gespeichert und direkt von der App aus weitergeleitet werden. Quelle: Springer

komplexe Aufgaben wie die Serialisierung und Erfassung einzelner Faltschachteln entsprechend den Vorgaben von ITS Turkey und der securPharm Initiative oder eine lückenlose EPedigree-Lösung nach dem California Law. Für die aktuelle Version 2.10 von S-TTS hat Laetus das Feedback und die Wünsche von Kunden aus der Verpackungsindustrie berücksichtigt. Bedienerfreundlichkeit, Flexibilität und die Integration möglichst vieler Geräte waren gefragt und wurden mit der neuen Version umgesetzt.

Neben der Serialisierung verlangt die EU-Richtlinie ab 2016 auch einen Öffnungsschutz für Medikamentenpackungen, damit jeder sofort erkennen kann, ob er eine unversehrte Verpackung erhält. Dafür ist eine Versiegelung erforderlich, beispielsweise durch Etiketten (tamper evidence). Laetus entwickelt derzeit eine weitere PrintSpect Lösung, die im ersten Quartal 2012 auf den Markt kommt und sowohl die Serialisierung durchführt und kontrolliert, als auch den Öffnungsschutz realisiert und überwacht. Quelle: Laetus GmbH

Der SNF schaltet die Forschungsdatenbank P3 auf Der Schweizerische Nationalfonds (SNF) hat am 9. Januar die neu konzipierte Forschungsdatenbank P3 auf seiner Webseite (www.snf.ch) aufgeschaltet. Darin sind sämtliche vom SNF seit 1975 bewilligten Forschungsprojekte und Beiträge im Rahmen weiterer Förderungsinstrumente zu finden. P3 bietet insbesondere die erweiterte Suche über die drei Domänen «Projekt», «Person» und «Publikation». Diese können anschliessend mittels Suchfiltern weiter eingegrenzt werden, zum Beispiel nach Förderungsinstrument, Disziplin, Hochschule oder Zeitraum. Die Datenbank wird täglich aktualisiert. Sobald der SNF einen bewilligten Beitrag für ein Projekt überwiesen hat, werden die entsprechenden Daten in P3 publiziert. Zusätzlich zu den Grunddaten bietet P3 vertiefte inhaltliche Informationen zu den Projekten. So findet sich unter «Lay Summary» eine speziell an die breite Öffentlichkeit gerichtete Zu-

sammenfassung des Projekts. Weiter liefert die Forschungsdatenbank neu – soweit bereits vorhanden – Daten zum Output der Projekte in folgenden Bereichen: wissenschaftliche Publikationen und Veranstaltungen, Förderung von Mitarbeitenden bzw. Nachwuchs, Veranstaltungen zum Wissenstransfer, Kommunikation mit der Öffentlichkeit, anwendungsorientierte Outputs (Patente, Spin-Offs), Auszeichnungen und Nachfolgeprojekte. Die einzelnen Projektdaten wird der SNF zusammen mit den wissenschaftlichen Berichten für das Monitoring der laufenden Projekte sowie zur Evaluation von Folgeprojekten verwenden. Später sollen auch Analysen zu den Output-Daten durchgeführt werden. Erste konsolidierte Ergebnisse zum wissenschaftlichen Output der vom SNF unterstützten Projekte sind jedoch erst in zwei bis drei Jahren zu erwarten, wenn eine ausreichende Datenbasis vorliegt. Quelle: SNF 1–2/2012

NEWS

26. & 27. September 2012 Messe Basel

Kompetenz zeigen und Beziehungen pﬂegen Ihr Unternehmen auf der neuen Weiterbildungs- und Networking-Plattform für Prozesstechnik-Spezialisten Weiterbildungsangebote führender Fachverbände Networking mit ausgewähltem Fachpublikum Attraktive all-inclusive Präsenz für Fachanbieter Besuchen Sie uns auf www.inpulse.ch und folgen Sie uns auf Twitter unter @ILMAC_InPulse

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Bild: TU Wien

Visualisierung der Glasfaser: Die Lichtwelle im Inneren ragt aus der Faser heraus und wird durch die Atome beeinflusst, die oben und unten knapp ausserhalb der Glasfaser angelagert sind.

Nachweis winziger Stoffmengen

Eine Glasfaser, die Atome zählt Glasfaserkabel sind heute unverzichtbare Informationsleitungen für das Internet – nun dienen sie auch als Quantenlabor. Das Atominstitut der TU Wien ist derzeit die einzige Forschungseinrichtung weltweit, an der einzelne Atome kontrolliert an das Licht in ultradünnen Glasfasern angekoppelt werden können. Spezielle Lichtwellen werden so präpariert, dass sie schon auf eine kleine Anzahl von Atomen sensibel reagieren. Damit lassen sich hochempfindliche Detektoren bauen, mit denen man winzige Stoffmengen nachweisen kann.

Arno Rauschenbeutel leitet eine Forschungsgruppen des Vienna Center for Quantum Science and Technology an der Technischen Universität Wien. Die nachfolgend beschriebene Arbeit entstand in Kooperation mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, von der Rauschenbeutel im Jahr 2010 nach Wien übersiedelt ist. Die Glasfasern, die Rauschenbeutel für seine Experimente verwendet, sind nur fünfhundert Millionstel eines Millimeters dick – und damit dünner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts. «Die Lichtwelle passt also eigentlich nicht vollständig in die Glasfaser, sie reicht noch ein Stück aus der Glasfaser heraus», erklärt Rauschenbeutel. Genau darin liegt der grosse Vorteil: Die 20

Lichtwelle registriert Atome, die sich aussen in der Nähe der Glasfaser befinden. «Zuerst fangen wir Atome ein, sodass sie sich knapp oberhalb und unterhalb an der Glasfaser aufreihen, wie Perlen einer Kette», erzählt Rauschenbeutel. Die Lichtwelle, die durch die Glasfaser geschickt wird, kommt dann mit jedem einzelnen der Atome in Kontakt. Wenn man genau misst, wie sich die Lichtwelle verändert, lässt sich herausfinden, wie viele Atome sich angelagert haben. Meist gehen auf der mikroskopischen Ebene sehr folgenschwere Prozesse vor sich, wenn man in der Quantenphysik Atome und Licht untersucht: Lichtteilchen können von den Atomen absorbiert und später in

eine andere Richtung wieder ausgesandt werden, Atome werden dadurch beschleunigt und von ihrem Ursprungsort weggeschleudert.

Atome ändern die Geschwindigkeit des Lichts Bei den Glasfaser-Experimenten an der TU Wien reicht allerdings eine vergleichsweise sanfte Wechselwirkung zwischen Licht und Atomen aus: «Durch die Atome an der Glasfaser bewegt sich die Lichtwelle nicht mehr so schnell wie sonst, sondern etwas langsamer», erklärt Rauschenbeutel. Wenn die Lichtwelle genau nach oben und unten in Richtung der Atome schwingt, werden Wel1–2/2012

lenberge und Wellentäler dadurch ein kleines Bisschen verschoben. Eine andere Lichtwelle, in deren Schwingungsebene keine Atome liegen, wird hingegen kaum verzögert. Man sendet also Lichtwellen unterschiedlicher Schwingungsrichtung durch die Glasfaser und misst ihre relative Verschiebung aufgrund ihrer unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten. Kennt man diese Verschiebung, dann weiss man auch, von wie vielen Atomen das Licht verzögert wurde.

Einzelne Atome messbar machen Derzeit positioniert das Quantenphysik-Team von Rauschenbeutel hunderte bis tausende Atome in einem Abstand von weniger als einem Tausendstel Millimeter zur Glasfaser. Mit den Lichtstrahlen kann dann ihre Anzahl auf wenige Atome genau bestimmt werden. «Im Prinzip ist unsere Methode so präzise, dass sie schon auf zehn bis zwanzig einzelne Atome ansprechen kann», meint Rauschenbeutel. «Wir arbeiten noch an weiteren technischen Tricks – etwa an der Verringerung des Abstandes zwischen der Glasfaser und den Atomen. Wenn uns das gelingt, sollte es möglich sein, sogar einzelne Atome zuverlässig nachzuweisen.»

Sanfte Quantenmessung Nicht nur für die Entwicklung von Sensoren, auch für die quantenphysikalische Grundlagenforschung ist die Glasfasermethode wichtig. «Normalerweise geht bei einer Messung der quantenphysikalische Zustand eines Systems verloren, weil der Messvorgang einen starken Einfluss auf das Quantenobjekt hat», erklärt Rauschenbeutel. «Unsere Glasfasern eröffnen die Möglichkeit, Quantenzustände zerstörungsfrei nach Belieben zu kontrollieren.» Zum Beispiel kann mithilfe der Atome an der Glasfaser die Schwingungsrichtung von einzelnen Lichtteilchen genau gesteuert werden. Zu welchen technologischen Anwendungen das führen könnte, ist heute noch gar nicht absehbar. «Die Quantenoptik ist heute eine weltweit aufmerksam beachtete und äusserst innovative Disziplin – und die Wiener Forschungsgruppen in diesem Bereich spielen hier auf höchstem internationalen Niveau mit», sagt Rauschenbeutel. Quelle: TU Wien Originalpublikation S. T. Dawkins, R. Mitsch, D. Reitz, E. Vetsch, A. Rauschenbeutel, «Dispersive Optical Interface Based on Nanofiber-Trapped Atoms», Phys. Rev. Lett. 107, 242601 (2011). Kontakt Prof. Arno Rauschenbeutel Technische Universität Wien Atominstitut Stadionallee 2, A-1020 Wien Telefon +43 (1)58801 141761 arno.rauschenbeutel@tuwien.ac.at www.tuwien.ac.at 1–2/2012

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Laserheizung

Milliarden Grad heisse Elektronen in neuem Licht

Bild: HZDR

Eine neue Klasse von Hochleistungslasern kann mit extrem intensiven, kurzen Laserpulsen effektiv Teilchen wie Elektronen oder Ionen beschleunigen. Deshalb interessieren sich Forschergruppen für den Beschleunigungsprozess, bei dem ein Laserstrahl auf eine dünne Folie gelenkt wird, um Ionen von der Folienrückseite auf hohe Energien zu beschleunigen. Die vom Laser geheizten Elektronen in der Folie vermitteln den Energieübertrag zwischen den Ionen und dem Laserpuls. Physiker im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) entwickelten ein Modell, denn bisherige Modelle geben die Temperatur und die Dichte dieser heissen Elektronen nicht korrekt wider.

Bild 1. Trifft ein hochintensiver Laserpuls auf ein Ionen-Elektronen-Plasma (Ionen: orange, Elektronen: blau), werden Elektronen auf einige Milliarden Grad geheizt. Dies initiiert eine ex plosionsartige Expansion der Plasmaionen, welche dadurch auf hohe Energien beschleunigt werden. Im Hintergrund dargestellt ist die Verteilung der Elektronentemperatur während der Bestrahlung.

Als moderne Beschleunigertechnologie kommt die Teilchenbeschleunigung durch Licht mit erheblichen Vorteilen im Vergleich zu konventionellen Anlagen daher: Die Beschleunigungsstrecke ist um Grössenordnungen kürzer und die Kosten für solche Anlagen sind potentiell niedriger. So befindet sich derzeit auch am Universitätsklinikum in Dresden eine solche moderne Anlage zur Beschleunigung von Ionen im Bau, die gemeinsam von den Kooperationspartnern HZDR, Universitätsklinikum und TU Dresden zur Krebsforschung und Krebstherapie genutzt werden soll. Erstmals wird hier neben einem konventionellen Ionenbeschleuniger der Prototyp eines Hochleistungslasers zum Einsatz kommen. Neue Höchstleistungslaser wie der DracoLaser im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sind rund zehn- bis hundertfach so intensiv wie ihre Vorgänger, für welche die gängigen Formeln für Temperatur und 22

Anzahl der heissen Elektronen mit den Experimenten noch mehr oder weniger gut übereinstimmten.

Neues Modell für die LaserElektronen-Wechselwirkung Experiment und Berechnung klaffen jedoch für die neuen Laser auseinander, weshalb Thomas Kluge, Physiker in der Abteilung Laser-Teilchen-Beschleunigung des HZDR, zusammen mit Kollegen ein neues theoretisches Modell für die Laser-ElektronenWechselwirkung entwickelt hat. Die Elektronen spielen bei der Laser-Ionen-Beschleunigung die Rolle der Vermittler beim Energieübertrag vom Laser zu den Ionen, weshalb die exakte Kenntnis der heissen und dichten Elektronen von grosser Bedeutung auch für die zukünftige Krebstherapie mit Ionen aus lasergetriebenen Anlagen ist. Die bisherigen Modelle waren nicht in der

Lage, die Eigenschaften der Elektronen insbesondere im interessanten Bereich sehr hoher Intensitäten – wie sie vom Hochleistungslaser Draco und dem derzeit im Bau befindlichen Petawatt-Laser Penelope im HZDR erreicht werden – exakt vorherzusagen. Ausgehend von einer neuen Beschreibung der Verteilung der vom Laser beschleunigten Elektronen mithilfe der Relativitätstheorie konnten die Forscher eine Gleichung angeben, mit der sich die Elektronenenergien exakt berechnen lassen. «Die neuen Erkenntnisse erweitern Jahrzehnte alte Modelle und ermöglichen so zum einen die Erklärung bisheriger Messungen, zum anderen dienen sie dazu, zukünftige Experimente genau vorhersagen und optimieren zu können», so Michael Bussmann im HZDR. Die Ergebnisse werden von den Dresdner Forschern auf weitere Beschleunigungsszenarien übertragen, um in Zukunft den klinischen Einsatz von Laserbeschleunigern zu ermöglichen. Quelle: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf Originalpublikation T. Kluge, T. Cowan, A. Debus, U. Schramm, K. Zeil, and M. Bussmann, «Electron Temperature Scaling in Laser Interaction with Solids», Physical Review Letters 107 [20], 205003 (2011). Kontakt Thomas Kluge Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf Institut für Strahlenphysik Bautzner Landstrasse 400 D-01328 Dresden Telefon +49 (0)351 260-2618 t.kluge@hzdr.de, www.hzdr.de 1–2/2012

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Nur drei Atome «dicke» Chips

Erster Mikrochip aus Molybdänit Molybdänit erweist sich als vielversprechendes Material, um die physikalischen Grenzen zu verschieben, die dem Silicium in der Elektronik gesetzt sind. Forscher am EPFL-Labor für Elektronik und nanometrische Strukturen (Lanes) der ETH Lausanne (EPFL) haben einen integrierten Schaltkreis (Mikrochip) mit kleineren und sparsameren Transistoren aus Molybdänit entwickelt.

Drei Atome dick «Der grösste Vorteil des Molybdändisulfids ist, dass kleinere Transistoren gebaut werden können und dass damit die Miniaturisierung vorangetrieben wird», sagt Kis. Mit Silicium liessen sich bisher keine Chips herstellen, die dünner als zwei Nanometer sind. Bei dünneren Chips führt oft eine 1–2/2012

chemische Reaktion zur Oxidation der Oberfläche und zur Beeinträchtigung der elektronischen Eigenschaften. Mit Molybdänit können nun drei Mal kleinere Chips mit einer «Dicke» von drei Atomen hergestellt werden. Sogar in dieser Grössenordnung bleibt Molybdänit sehr stabil, und der Stromfluss ist gut kontrollierbar.

Sparsamer im Energieverbrauch Transistoren aus MoS2 verbrauchen weniger Energie. «Sie können viel schneller ein- und ausgeschaltet werden und im StandbyModus lassen sie sich fast vollständig ausschalten», präzisiert Kis. Auch was die Signalverstärkung angeht, hält Molybdänit mit Silicium Schritt. Die Signalstärke beim Austritt aus dem Schaltkreis ist mit dem Mineral viermal höher als beim Eintritt. «Dies zeigt, dass auch komplexere Schaltkreise möglich sind», sagt Kis und erklärt: «Mit Graphen beispielsweise liegt die Signalstärke etwa bei eins. Unter diesem Wert wäre die elektrische Spannung beim Austritt zu klein, um einen zweiten Schaltkreis deselben Typs zu versorgen.» Das Molybdänit weist mechanische Eigenschaften auf, die es für die flexible Elektronik interessant machen. Langfristig könnten Mikrochips auf Weichfolie entwickelt werden, was die Produktion aufrollbarer Computer oder auf die Haut auftragbarer Geräte in Reichweite rücken lässt. Quelle: EPFL Originalpublikationen Simone Bertolazzi, Jacopo Brivio, and Andras Kis, «Stretching and Breaking of Ultrathin MoS2», ACS Nano 5 [12], 9703–9709 (2011).

Bild: EPFL

Nachdem Forscher der ETH Lausanne (EPFL) bereits Anfang 2011 die elektronischen Eigenschaften von Molybdänit entdeckt hatten, gelang ihnen ein weiterer wichtiger Schritt: Das EPFL-Labor für Elektronik und nanometrische Strukturen (Lanes) hat einen integrierten Schaltkreis (Mikrochip) mit Transistoren aus Molybdänit (MoS2) entwickelt. Wie die Versuche zeigen, durchbricht dieses Mineral die physikalischen Grenzen des Siliciums in Bezug auf Miniaturisierung, Energieverbrauch und mechanische Flexibilität. «Wir haben einen ersten Prototypen entwickelt, bei dem zwei bis sechs Transistoren in Reihe geschaltet sind. Dies zeigt, dass binäre Operationen möglich sind und dass auch grössere Schaltkreise realisiert werden können», erklärt Andras Kis, Verantwortlicher des Lanes. Kürzlich hat er zwei Artikel zu diesem Thema in der Zeitschrift «ACS Nano» veröffentlicht. Das grosse Potenzial des Molybdändisulfids (MoS2) wurde Anfang 2011 am Lanes entdeckt. Das Übergangselement Molybdän kommt in der Natur in grossen Mengen vor. Seine Struktur und seine Halbleitereigenschaften machen es zum idealen Material für Transistoren. Es konkurrenziert direkt Silicium, das in der Elektronik zurzeit am häufigsten verwendet wird. In mehreren Bereichen macht es auch Graphen Konkurrenz.

Bild 1. Mit Molybdänit können im Vergleich mit Silicium dreimal kleinere Chips mit einer «Dicke» von nur drei Atomen hergestellt werden.

Branimir Radisavljevic, Michael Brian Whitwick, and Andras Kis, «Integrated Circuits and Logic Operations Based on Single-Layer MoS2», ACS Nano 5 [12], 9934–9938 (2011).

Kontakt Andras Kis EPFL STI IEL LANES BM 2141 (Bâtiment BM), Station 17 CH-1015 Lausanne Telefon +41 (0)21 693 39 25 andras.kis@epfl.ch lanes.epfl.ch 23

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Nur wenige Mikrometer grosse Wärmekraftmaschine

Die kleinste Dampfmaschine der Welt Was beim Automotor ein Fall für die Werkstatt ist, ist bei einem Mikromotor völlig normal. Wenn er stottert, liegt das an den thermischen Bewegungen der kleinsten Teilchen, die seinen Lauf stören. Das haben Forscher der Universität Stuttgart und des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart an einer Wärmekraftmaschine im Mikromassstab beobachtet. Zudem stellten sie fest, dass die Maschine Arbeit leistet. Diese lässt sich zwar noch nicht nutzen, das Experiment zeigt aber, dass ein Motor auch im Mikromassstab grundsätzlich funktioniert. Damit steht der Konstruktion von hocheffizienten, kleinen Wärmekraftmaschinen prinzipiell nichts im Weg.

«Wir haben die kleinste Dampfmaschine, genauer gesagt den kleinsten Stirlingmotor der Welt entwickelt und festgestellt, dass die Maschine tatsächlich Arbeit verrichtet», sagt Bechinger. «Zu erwarten war das nicht unbedingt, weil die Maschine so klein ist, dass ihre Bewegung von mikroskopischen Prozessen gestört wird, die in der Makrowelt keine Rolle spielen.» Die Störungen führen dazu, dass die Mikromaschine sehr unrund läuft und gewissermassen stottert.

Eigene Gesetzmässigkeiten in der Mikrowelt Wegen der eigenen Gesetzmässigkeiten in der Mikrowelt konnten die Forscher den winzigen Motor nicht nach dem Bauplan des Vorbilds gewöhnlicher Grösse konstruieren. In der vor knapp 200 Jahren von Robert Stirling erfundenen Wärmekraftmaschine wird ein mit Gas gefüllter Zylinder periodisch erhitzt und abgekühlt, sodass sich das Gas ausdehnt und zusammenzieht. Dabei wird der Kolben in eine Bewegung versetzt, mit der er etwa ein Rad antreibt. 24

Bild: Fritz Höf feler/Ar t For Science

Eine Technik, die im Grossen funktioniert, kann im Kleinen unerwartete Probleme bereiten. Und die können sehr grundsätzlicher Natur sein. Denn in der Mikro- und der Makrowelt dominieren ganz andere Gesetzmässigkeiten. Trotz unterschiedlicher Gesetze ähneln sich aber manche physikalische Vorgänge im Grossen wie im Kleinen auf verblüffende Weise. Eine solche Gemeinsamkeit zwischen Mikro- und Makrowelt haben Clemens Bechinger, Professor an der Universität Stuttgart und Fellow des Max-PlanckInstituts für Intelligente Systeme, und sein Mitarbeiter Valentin Blickle beobachtet.

Bild 1. Ein Stirlingmotor in der Mikrowelt: In einem Motor gewöhnlicher Grösse expandiert und kontrahiert ein Gas bei unterschiedlicher Temperatur und bewegt dabei den Kolben in einem Zylinder. Diesen Arbeitszyklus realisieren Stuttgarter Physiker mit einem winzigen Kunststoffkügelchen, das sie im Fokus eines Laserfelds einfangen.

«Uns ist es gelungen, die essenziellen Teile einer Wärmemaschine wie Arbeitsgas und Kolben auf nur wenige Mikrometer zu verkleinern und diese dann zu einer Maschine zusammenzusetzen», sagt Blickle. So besteht das Arbeitsgas im Stuttgarter Experiment nicht mehr aus unzähligen Molekülen, sondern nur noch aus einem einzelnen, etwa drei Mikrometer grossen Kunststoffkügelchen, das in Wasser schwebt. Da das Kolloidpartikel etwa 10 000 Mal grösser als ein Atom ist, können die Forscher dessen Bewegung direkt in einem Mikroskop beobachten.

Thermische Bewegung von Wassermolekülen stört Motor Den Kolben, der sich in einem Zylinder periodisch auf und ab bewegt, ersetzen die Physiker durch einen fokussierten Laserstrahl, dessen Intensität periodisch variiert wird. Die optischen Kräfte des Lasers schränken die Bewegung des Kunststoffteilchens einmal stärker und einmal weniger stark ein, ganz analog zur Kompression und Expansion des Gases im Zylinder einer grossen Wärmemaschine. Dabei leistet das Teilchen Arbeit am optischen Laserfeld. 1–2/2012

Damit sich die Beiträge zur Arbeit während der Kompression und Expansion nicht gegenseitig aufheben, müssen diese bei unterschiedlichen Temperaturen stattfinden. Zu diesem Zweck wird das System – genauso wie der Kessel einer Dampfmaschine – beim Expansionsprozess von aussen erhitzt. Das Kohlefeuer einer altertümlichen Dampfmaschine ersetzten die Forscher jedoch durch einen weiteren Laserstrahl, der das Wasser schlagartig erhitzt, aber auch plötzlich wieder abkühlen lässt, sobald er ausgeschaltet wird. Dass die Stuttgarter Maschine im Gegensatz zu ihrem makroskopischen Gegenstück nicht rund läuft, liegt an den Wassermolekülen, die das Kunststoffkügelchen umgeben. Die Wassermoleküle bewegen sich aufgrund ihrer Temperatur ständig und stossen daher fortwährend mit dem Mikroteilchen zusammen. Bei diesen zufälligen Kollisionen tauscht das Kunststoffteilchen mit seiner Umgebung ständig Energie aus, und zwar in einer Grössenordnung, in der die Mikromaschine Energie in Arbeit verwandelt. «Dieser Effekt führt dazu, dass die gewonnene Energiemenge von Zyklus zu Zyklus stark variiert und die Maschine im Extremfall sogar zum Stillstand bringt», erklärt Blickle. Da makroskopische Maschinen etwa 20 Grössenordnungen mehr Energie umsetzen, spielen die winzigen Stossenergien der kleinsten Teilchen in ihnen keine Rolle. Umso erstaunter sind die Physiker, dass die Maschine trotz der schwankenden Leistung im Mittel genauso viel Energie pro Zyklus in Arbeit umsetzt und unter Volllast auch mit derselben Effizienz läuft wie ihr makroskopischen Gegenstück. «Unsere Experimente geben einen ersten Einblick in die Energiebilanz einer auf mikroskopischer Längenskala arbeitenden Wärmemaschine. Obwohl unsere Maschine noch keine nützliche Arbeite verrichtet, gibt es also keine prinzipiellen thermodynamischen Hindernisse, die das auch auf kleinen Längenskalen verbieten» , sagt Bechinger. Für die Konstruktion zuverlässiger, hocheffizienter Mikromaschinen, ist das sicher eine gute Nachricht. Quelle: Universität Stuttgart

Originalpublikation Valentin Blickle & Clemens Bechinger, «Realization of a micrometre-sized stochastic heat engine», Nature Physics, 11 Dec 2011, doi: 10.1038/NPHYS2163

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Kontakt Prof. Dr. Clemens Bechinger Universität Stuttgart Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme Heisenbergstrasse 3 D-70569 Stuttgart Telefon +49 (0)711 685 65 218 c.bechinger@physik.uni-stuttgart.de www.uni-stuttgart.de

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25 First class pumps for first class science

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Gemü GmbH, CH-6343 Rotkreuz

Kunststoff-Membranventile mit höchster Leistung

Anlagenbauer und Ingenieure sind darauf bedacht, den zur Verfügung stehenden Raum für verfahrenstechnische Anlagen optimal und effizient zu nutzen. Geschäftsführer und Einkäufer schauen auf die Kosten und fordern wirtschaftliche Konzepte. Im Anlagenbau werden deshalb intelligente konstruktive Lösungen bevorzugt, die mit wenig Platz auskommen, den Materialverbrauch auf ein Minimum reduzieren, die Montagezeit verkürzen und dadurch Kosten sparen. Der Einsatz von Standardprodukten bietet dabei zwar Planungssicherheit, aber wenig Flexibilität im Aufbau. Zwingende Verrohrungen und Verkabelungen sind montageaufwendig und benötigen viel Platz. Kostenvorteile durch Standardprodukte gehen so wieder verloren. Individuelles, kundenspezifisches Anlagendesign stellt demgegenüber einen hohen Anspruch an Komponenten und Systeme. Ideal ist, wenn diese sich anwendungsspezifisch modifizieren und den Gegebenheiten anpassen lassen. Nur wenige Hersteller allerdings sind in der Lage, Standardlösungen anwendungsspezifisch und zugleich preiswert zu modifizieren.

Kunststoff-Ventilportfolio: wirtschaftliches Anlagendesign Mit kleinen, leichten, aber dennoch hoch leistungsfähigen Kunststoff-Membranventillösungen bietet der Ingelfinger Spezialist für Ventil-, Mess- und Regeltechnik Gemü ein Portfolio für kompaktes, sicheres und zugleich wirtschaftliches Anlagendesign, das beiden Ansprüchen genügt: bewährte, preisgünstige Standardprodukte mit höchster Leistung, die sich – kombiniert – kostengünstig speziellen Anforderungen anpassen. Das Sortiment an Compact Plastic Valves umfasst inzwischen mehrere Produktreihen: Die Membranventilreihen 26

Bilder: Gemü

Für verfahrenstechnische Anlagen ist der Raum begrenzt. Es werden deshalb Platz sparende, leichte Ventillösungen bevorzugt. Kompakte Kunststoff-Membranventillösungen, wie sie bei Gemü entwickelt und produziert werden, bieten preiswerte Alternativen zu herkömmlicher Ventiltechnik.

Bild 1. Der strömungsoptimierte Körper des Gemü R690 (links) und des Gemü R677 ermöglicht eine leichtere und kompaktere Bauweise. Der Volumenstrom ist dabei genauso hoch, wie bei den Vorgängermodellen Gemü 690 und Gemü 677. Und das bei deutlich minimiertem Raumbedarf.

Gemü R690 und R677 (Bild 1) sowie die flexiblen Mehrwegeventilblöcke P600 für multifunktionale, kundenspezifische Anwendungen auf kleinstem Raum. In der Realisierung befindet sich ein intelligentes Handmembranventil Gemü R617 (Bild 2) mit optional integrierter elektrischer Stellungsrückmeldung.

Baukastensystem für Kunststoff-Membranventile Die nach einem Redesign strömungsoptimierten Ventilkörper R690 und R677 sind nun noch kompakter und leichter. Trotz kleinerer Abmessungen stellen sie gleich hohen Durchfluss wie ihre Vorgängermodelle Typ 690 und 677 sicher und sind zudem auch noch preislich attraktiv. Im Rahmen des Redesigns konnten Kosten reduziert werden – und das bei gleichbleibender und teilweise sogar verbesserter Leistung. Die einzelnen Ventile und Komponenten sind aufeinander abgestimmt und lassen sich untereinander gut kombinieren. So ist im Zug des Redesigns der zuverlässigen pneumatischen Membranantriebe ein Bau-

kastensystem für Kunststoff-Membranventillösungen entstanden, das ineinandergreift und aus dem sich multifunktionale Systemkomponenten entwickeln lassen.

Kostenvorteile in Kombination mit Mehrwegeventilblöcken Dahinter steht bei Gemü ein klares Konzept. Alle Produktlinien der Compact-PlasticValve-Reihe sind kompakt und leicht gebaut. Sie lassen sich mit allen gängigen Anschlussarten in unterschiedliche Anlagendesigns einfach montieren. Sie stellen hohen Durchfluss sicher und arbeiten je nach Ventilspezifikation zuverlässig bei Temperaturen von –20 bis +80 °C und bei Drücken bis zu 10 bar. Und sie sind hoch beständig und widerstandsfähig auch bei aggressiven und korrosiven Medien. Vor allem in der Kombination aus Einzelventilen und Mehrwegeventilblöcken ergeben sich deutliche Kostenvorteile. Komplexe Ver fahrenstechnik kann auf engstem Raum kundenspezifisch realisiert werden. Das spart Montagezeit und Material, auf Rohre und Formteile kann zum grössten Teil ver1–2/2012

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Bild 2. Gemü R617 ist ein ergonomisches Handmembranventil mit strömungsoptimiertem Körper. Das sichtbar kompaktere Design ermöglicht hohe Durchflüsse.

zichtet werden. Klebestellen und Schweissnähte können deutlich minimiert werden. Die Durchlaufzeit im Anlagenbau wird dadurch spürbar reduziert. Ergänzend dazu bietet Gemü zu den Ventilen umfassendes Zubehör mit Reglern, Durchflussmessern, Hubbegrenzungen oder kundenspezifisch in den Ventilblock integrierter Sensorik.

Breites Anwendungsspektrum Die kompakten Kunststoff-Membranventile eignen sich für ein breites Anwendungsspektrum in ganz unterschiedlichen Branchen. Es reicht vom wirtschaftlichen Einsatz in Anlagen für chemische Prozesse über Anlagenlösungen in der Oberflächen-, Lackier- und Galvanotechnik, der kommunalen und industriellen Wasseraufbereitung bis hin zu Lösungen bei Kraftwerken und Müllverbrennungsanlagen. Auch bei sensiblen Verfahren und Technologien wie Umkehrosmose, Neutralisation, bei Schwimmbädern mit Mikrofiltrationsanlagen oder bei chemischen Prozessen mit aggressiven und korrosiven Medien bieten Lösungen mit Compact Plastic Valves wirtschaftliche Alternativen zu herkömmlicher Ventiltechnik. Aber natürlich auch dort, wo neutrale Medien und Prozesse gesteuert werden.

Viele Vorteile für die Kunden Die strömungsoptimierten Ventilbaureihen Gemü R690 und R677 bieten gleich hohe Durchflusswerte gegenüber den Vorgängermodellen, den Gemü-Typen 690 und 677. Die pneumatischen Membranantriebe arbeiten bei gleicher Befestigungsebene 1–2/2012

über mehrere Nennweiten. Dies hat den Vorteil, dass auf zusätzliche Montagplatten verzichtet werden kann. Im Rahmen des Redesigns ist es zudem gelungen, beim Typ R690 den Steuerluftverbrauch deutlich zu reduzieren. Zu den Ausstattungsmerkmalen gehören Optionen wie elektrische Stellungsrückmeldung, Stell- oder Prozessregler sowie Hubbegrenzung. Derzeit entwickelt Gemü ein kompaktes, intelligentes und leichtes Handmembranventil R617. Es wird über eine optional elektrisch gesteuerte Stellungsrückmeldung mit zusätzlichen Anzeigevarianten, eine Rundumsichtanzeige und die Möglichkeit verfügen, den Ventilhub mit einer Schliessbegrenzung auszustatten und damit die Absperrmembran zu schonen.

Aufbau zu Systemkomponenten Die Kunststoff-Membranventilblöcke P600 (Bild 3) bieten den Kunden Multifunktionalität auf engstem Raum. Die kompakt gebauten, leichten Blöcke reduzieren den Einsatz von Formteilen, Schweissnähten und Klebestellen auf ein absolutes Minimum. Mehrwegeventilblöcke sind gegenüber herkömmlichen Lösungen daher klar im Vorteil. Sie können aufgrund ihres individuellen Designs ganz verschiedene Funktionen übernehmen wie Mischen, Teilen, Leiten, Entleeren, Zuführen oder Reinigen. Möglich sind auch Sicherheitsfunktionen und Regelungen oder auch die Integration von Sensoren, Filtern oder Rückschlagventilen. Diesen einzelnen Funktionen können dann anwendungsspezifische Aufgabenstellungen zugewiesen werden wie Chemikalien verteilen oder Reinigungsmedien anschliessen. Oder sie stellen verfahrenstechnische Lösungen sicher wie einen Mindestdurchfluss oder eine Block-and-Bleed-Funktion. Intelligent konstruiert, entwickeln sich Mehr wegeventilblöcke zu kompakten Systemkomponenten mit hoher Funktionalität. Für die einzelnen Funktionen kann Gemü auf bewährte Standardantriebe zurückgreifen und aus dem Baukasten entsprechende anwendungsspezifische Lösungen entwickeln. Dabei werden die Ventilsitzkonturen je nach Funktion in den Kunststoffblock gefräst und mit den passenden Antrieben besetzt. Den Kombinationsmöglichkeiten sind dabei kaum Grenzen gesetzt.

Bild 3. Die Kunststoff-Mehrwegeventilblöcke sind kompakt gebaut und fassen unterschiedliche kundenspezifische Komponenten in einer geprüften Einheit zusammen. Fittings, Schweissnähte und Klebestellen werden hier auf ein Mi nimum reduziert. Dies erhöht die Anlagensicherheit und verkürzt zugleich die Montagezeit.

Alles aus einer Hand Rund um die Blockventile bietet Gemü zudem umfassenden Service. Die Ingenieursund Beratungsleistungen reichen von der Betreuung und Bedarfsermittlung durch den Aussendienst bis hin zu den kundengerechten technischen Lösungen durch Gemü-Konstrukteure. Bei Compact-Plastic-Valve-Lösungen bietet das Unternehmen alles aus einer Hand – vom Einzelventil über Systemkomponenten bis hin zum gesamten ventiltechnischen Zubehör. Dabei fliessen jahrelange Erfahrungen im Bereich Kunststoffventile und seit vielen Jahren bewährte Erfahrungen im Membranventilbau ein. Mit der Kunststoffventil-Produktreihe verfügt das Unternehmen über ein Portfolio, das für anwendungsspezifische Lösungen im Anlagenbau preiswerte Alternativen zu herkömmlicher Ventiltechnik eröffnet und in der Kombination der einzelnen Komponenten deutliche Vorteile in der Raumnutzung und bei der Montage bringt.

Kontakt Gemü GmbH Urs Zgraggen, Leiter Fachbereich Kunststoff Lettenstrasse 3 CH-6343 Rotkreuz Telefon +41 (0)41 799 05 19 plastic@gemue.de www.gemu-group.com 27

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Dachser Chem-Logistics

Wenn die Chemie stimmt Der Aufbau chemischer Stoffe dient modernen Logistiklösungen als Vorbild. Analog zur Lehre von den chemischen Elementen und ihren Verbindungen zu Molekülen kombiniert Dachser ihre zentralen, standardisierten Kernleistungen Transport, Warehousing und IT mit branchenspezifischen Services. Dazu zählen ausgebildetes Fachpersonal, Know-how in der Gefahrstofflagerung und im Gefahrguttransport sowie verschiedene Standorte mit SQASBeurteilung. Die Summe aller Teile ergibt ein stabiles Logistikmolekül mit starken Verbindungen und flexiblen Reaktionen, das speziell auf die Anforderungen der Kunden in der chemischen Industrie zugeschnitten ist.

Bilder: Dachser

Enge Zusammenarbeit

Bild 1. Dachser-Lastwagen unterwegs mit Gefahrgut.

Sandra Paradiso «Die Logistik und die Chemie haben eine ganze Menge gemeinsam», sagt Michael Kriegel, Leiter der Branchenlösung Dachser Chem-Logistics. «Wer erfolgreich sein will muss wissen, welche Verbindungen zum besten Ergebnis führen.» Als einer der grössten Logistikdienstleister Europas bietet Dachser jedenfalls eine ganze Menge Verbindungen. Das flächendeckende Landverkehrsnetzwerk besteht aus derzeit 163 eigenen Standorten in 21 Ländern. Dazu kommen 148 Partnerstandorte in 15 weiteren Ländern. Auf dieses Fundament mit seinen über 3800 täglichen europäischen Linienverkehren kann auch die Branchenlösung für die chemische Indust28

rie zurückgreifen. Über das Geschäftsfeld Dachser Air & Sea Logistics sind darüber hinaus die weltweiten Beschaffungs- und Absatzmärkte angeschlossen. «Unser Netzwerk bietet eine Kombination aus System- und Charterverkehren: direkt, über Plattformen oder die drei Eurohubs in Überherrn, Bratislava und ClermontFerrand. Alle Transporte im Netzwerk werden über einheitliche logistische Standards abgewickelt», sagt Kriegel. Dachser bietet dafür verschiedene Produktlösungen, die auf die unterschiedlichen Anforderungen der Kunden abgestimmt sind. Ob der Transport der Güter im europäischen Stückgutmarkt besonders schnell gehen soll oder der Kunde fi xe Liefertermine bevorzugt, die Produktfamilie entargo hält die passende Lösung bereit.

Das Thema Sorgfalt und Sicherheit ist für Kriegel unabdingbar. Denn für den Umgang mit chemischen Produkten gelten hohe Sicherheitsstandards, auch wenn längst nicht jedes chemisches Produkt, wie zum Beispiel Plastikgranulate, tatsächlich auch als Gefahrgut deklariert wird. Sowohl beim Transport als auch bei der Lagerung von chemischen Produkten setzt Dachser auf eigene Sicherheits- und Qualitätsvorgaben, die weit über die gesetzlichen Anforderungen hinaus gehen. Ob es sich um das zentral gesteuerte Managementsystem für Arbeits-, Gesundheits-, Brand- und Umweltschutz oder um das schnelle Notfall- und Krisenmanagement handelt: Beim Umgang mit potenziell gefährlichen und empfindlichen Stoffen steht die Sicherheit stets im Vordergrund. Aus diesem Grund arbeitet das Branchenteam für die chemische Industrie eng mit den Gefahrgutexperten des Geschäftsfelds European Logistics zusammen. Steve Heidner, stellvertretender zentraler Gefahrgutbeauftragter bei Dachser, verdeutlicht: «Wir beraten und schulen europaweit Gefahrgutbeauftragte in den Niederlassungen. Erst nach genauer Prüfung geben wir Standorte für den Transport von Gefahrgütern und die Lagerung von Gefahrstoffen frei. Schliesslich ist es unsere Aufgabe, in ganz Europa dieselben hohen Sicherheitsstandards sicherzustellen.» Das Team des Fachbereichs Behälter- und Gefahrgutmanagement organisiert darüber hinaus die Bereitstellung von Ladungssicherungsstangen und Stausäcken für den sicheren Transport sowie die Ausrüstung der Umschlaghallen mit Bergungsmaterial 1–2/2012

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und persönlichen Schutzausrüstungen für den Fall des Produktaustritts. Im Fall einer Havariebeseitigung greift Dachser zudem auf die Unterstützung spezialisierter Dienstleister zurück. «Sicherheit steht für uns an erster Stelle. Auf Anforderung unserer Kunden stellen wir deshalb unsere Standorte gerne auf die Probe», erklärt Kriegel. «Der europäische Verband der chemischen Industrie Cefic hat dazu einen umfangreichen Fragebogen entwickelt, der einem unabhängigen Assessor als Grundlage für die Beurteilung eines Standorts dient. Was diese SQAS-Beurteilung angeht, konnte Dachser bisher an 14 Standorten in Europa nahezu makellose Ergebnisse erzielen.»

Sichere Gefahrstofflagerung

Bild 2. Chemische Produkte in einer Dachser-Umschlaghalle.

Auf die chemische Industrie zugeschnittene Kontraktlogistiklösungen runden das Angebot ab. Dachser verfügt in Europa über Warehouses, die speziell auf die Lagerung von chemischen Produkten ausgelegt sind. In Pilisvörösvár bei Budapest unterhält das Unternehmen zum Beispiel ein Gefahrstofflager mit einer Fläche von rund 7000 Quadratmetern. Im rumänischen Ploiesti wurde vor wenigen Wochen ein weiteres hochmodernes Gefahrstofflager in Betrieb genommen. Beide erfüllen die Richtlinie 96/82/ EG (Seveso II) zur Verhütung schwerer Betriebsunfälle mit gefährlichen Stoffen und zur Begrenzung der Unfallfolgen.

an internen wie externen Schulungen zum Thema Gefahrgut teilnehmen, setzt Dachser hier ein deutliches Zeichen.

Geschulte Mitarbeiter Hervorragend ausgebildetes Fachpersonal ist ein Schlüssel zum Erfolg der Branchenlösung. Denn kaum eine andere Branche stellt so hohe Ansprüche an ihre Logistikdienstleister wie die Chemieindustrie. «Zahlreiche Vorschriften und Gesetze für den Transport von Gefahrgütern und die Lagerung von Gefahrstoffen müssen beachtet werden. Deshalb hat Dachser ein standardisiertes internes Regelwerk mit festgelegten Transportausschlüssen und Risikobewertungen entwickelt», erklärt Heidner. Um diesen hohen Qualitätsstandards gerecht zu werden, beschäftigt Dachser ein zentrales Gefahrgutteam sowie aktuell über 135 regionale Gefahrgutbeauftragte, die ihr Wissen in internen Schulungen weitergeben. Mit über 9500 Mitarbeitenden, die jährlich 1–2/2012

Erfolgsfaktor IT Ein weiteres wichtiges Element in der Formel Dachser Chem-Logistics ist die homogene und durchgängige IT-Landschaft. In allen europäischen Niederlassungen kommen die selben, einheitlichen Kernsysteme zum Einsatz: Domino als Transport Management-System und Mikado für das Warehouse-Management. Komplett selbst entwickelte, webbasierte eLogistics-Anwendungen geben dem Kunden darüber hinaus Transparenz über sämtliche logistischen Prozesse entlang der Supply Chain. «Rückverfolgbarkeit ist ein wichtiges Thema in der chemischen Industrie. Mit unseren IT-Systemen werden wir den hohen Prozessanforderungen der Branche gerecht», sagt Kriegel. «Mit unserem Supply Chain Event Management-Tool Active Report zum Beispiel können wir den kompletten Verlauf einer Sendung überwachen. Bei eventuellen Abweichungen oder Unregelmässigkeiten erstellt das System sofort einen automatischen Report an alle Beteiligten.» So können die Mitarbeiter jederzeit schnell und proaktiv auf Abweichungen reagieren. Spezielle IT-Erfassungsmasken für Gefahrgut sowie die IT-gestützte Überwachung der internen Beförderungs- und Zusammenladungsverbote mit Abfertigungssperren helfen dabei, Fehlerquellen zu eliminieren.

Erfolgsformel Dachser Chem-Logistics Die richtige Zusammensetzung der logistischen Grundstoffe ergibt die Erfolgsformel Dachser Chem-Logistics. Die Verbindung aus jahrzehntelanger Branchenerfahrung, und der Stärke eines weltweit tätigen Logistikdienstleisters überzeugt auf der ganzen Linie. Im Fokus der Arbeit stehen massgeschneiderte Logistikdienstleistungen für mittelständische Unternehmen der chemischen Industrie. Denn entgegen der öffentlichen Wahrnehmung, die sich zumeist auf einige wenige Grosskonzerne konzentriert, ist die Branche von kleinen und mittleren Betrieben geprägt: In der Schweiz beschäftigen 95 Prozent der Unternehmen in der chemisch-pharmazeutischen Industrie weniger als 250 Mitarbeiter. Die grosse Mehrheit davon erschliesst sich in der Herstellung von speziellen Chemikalien für besondere Anwendungen einen erfolgreichen Markt. Wenn es um Transport und Lagerung dieser Produkte geht, findet Dachser ChemLogistics die richtige Logistikformel, soviel ist sicher.

Kontakt Dachser Spedition AG Althardstrasse 355 CH-8105 Regensdorf Telefon +41 (0)44 872 11 00 dachser.regensdorf@dachser.com www.dachser.ch 29

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Rückschlagventile von GF Piping Systems

Prozesssicherheit in der Chemikalienaufbereitung Die störungsfreie Rückflussverhinderung stellt für Rückschlagventile in der chemischen Prozessindustrie eine grosse Herausforderung dar: Durch mechanische und chemische Beanspruchung der Ventilkomponenten unterliegen die Ventile einem erheblichen Verschleiss. Dass dieses Problem durch ein innovatives Ventilkonzept zu meistern ist, beweist die neue Generation Rückschlagventile von GF Piping Systems beim Einsatz im Aufbereitungsprozess in der chemischen Industrie.

gebiet von GF Piping Systems ist die Wasseraufbereitung.

Bilder: Georg Fischer Piping Systems

Praxisnahe Feldtests während der Entwicklung

Bild 1. Transparentes Rückschlagventil mit Klebemuffe

GF Piping Systems, eine von drei Unternehmensgruppen des Konzerns Georg Fischer mit Haupsitz in Schaffhausen, ist ein führender Anbieter von Rohrleitungssystemen aus Kunststoff und Metall mit weltweiter Marktpräsenz. Die Kunden profitieren von einem kompletten Systemangebot aus Rohren, Fit tings und Armaturen. Dazu kommen die geeigneten Verbindungstechnologien, eine optimal angepasste Palette an Mess- und Regeltechnikkomponenten sowie umfassende Beratungs- und Serviceleistungen. Das Unternehmen bedient eine Vielfalt von Anwendungen und Industrien, darunter Gebäudetechnik, chemische Prozessindustrie, Food & Beverage, Mikroelektronik, Schiffsbau, Wasser- und Gasversorgung sowie Wasseraufbereitung. In der chemischen Prozessindustrie liegt der Fokus auf der Chemikalienproduktion, dem Chemikalienhandel und der Oberflächenbearbeitung. Ein weiteres wichtiges Schwerpunkt30

Bei der Entwicklung der neuen Rückschlagventile standen zwei Problemstellungen im Vordergrund: Wie lässt sich eine bestens etablierte Produktgattung noch sicherer gestalten? Wie reduzieren wir den Verschleiss der bewegten Teile und minimieren den Wartungsaufwand? Die Lösung besteht aus einem völlig neu entwickelten Design für das Innenleben des Ventils. Jede Neuentwicklung muss in erster Linie die Anforderungen der Praxis erfüllen. Deshalb war die kontinuierliche Prüfung der Ventile unter möglichst praxisnahen Bedingungen einer der wichtigsten Meilensteine des Entwicklungsprojekts. Neben den Laborprüfungen setzte man die Ventile in Feldtests bei unterschiedlichen Kunden ein, um durch eine intensive Zusammenarbeit von Anwender und Hersteller noch während des Entwicklungsprozesses realitätsnahe Prüfungsergebnisse zu gewinnen. GF Piping Systems stellte die neuen Rückschlagventile in verschiedenen Ausführungen bereits zwei Jahre vor der Serienreife einem Kunden aus der chemischen Prozessindustrie für Feldtests im Abwasserneutralisationsprozess zur Verfügung.

Schlüsselprozess Abwasseraufbereitung In Abwasseraufbereitungsanlagen werden chemisch belastete Abwässer mittels Säuren oder Laugen neutralisiert. Der gewünschte pH-Bereich lässt sich durch die Anlagesteuerung vorgeben und wird bei

der Endkontrolle in der Kanalleitung überprüft und festgehalten. Bei der Aufbereitung werden die Abwässer aus grossen Tanks in die Anlage gepumpt. Für den Schutz der Pumpen sorgen Rückschlagventile. Hier glänzt die neue Generation Rückschlagventile durch ihre Materialvielfalt und der damit gewonnenen chemischen Beständigkeit: Die gusseisernen Rückschlagventile, die der Kunde vorher einsetzte, waren starkem Verschleiss ausgesetzt. Die Ventile versagten regelmässig im Abstand von einigen Monaten, und der Prozess musste für die Wartungsarbeiten jeweils ausserplanmässig unterbrochen werden.

Kundenbedürfnis fliesst in Neuentwicklung ein Der Anwender des Prozesses ist auf Georg Fischer zugetreten. Er wünschte eine Lösung, um den Verschleiss der Rückschlagventile zu reduzieren. Dadurch sollte die Lebensdauer der Anlage erhöht und der Wartungsaufwand verringert werden. Dies war der perfekte Ansatzpunkt, die Erfahrungen des Anwenders in den Entwicklungsprozess einfliessen zu lassen. Rückschlagventile im Speziellen unterliegen verschiedenen Verschleissfaktoren: mechanische Beanspruchung durch hohe Durchflussgeschwindigkeiten, Druckschläge in der Rohrleitung sowie chemischer Angriff auf die Ventilkomponenten wie beispielsweise Elastomerdichtungen. Die Auswirkungen sind verheerend für die Prozesssteuerung – angefangen von einer kleinen Leckage, verursacht durch ein Quellen der Elastomerdichtung, bis hin zum Verklemmen der Ventilkomponenten und dem daraus resultierenden Komplettaufall des Ventils. 1–2/2012

FIRMEN BERICHTEN

Bild 2. Risszeichnung Kegeldesign

Bild 3. Die Rückschlagventile bewähren sich beim Einsatz in Aufarbeitungsprozessen in der chemischen Industrie.

Schliesskörper mit neuem Design

erhältlich: Edelstahl (V2A), Nimonic90 sowie mit Halar (ECTFE) ummantelter Edelstahl. Ein zweiter wichtiger Faktor für die Ausfallsicherheit eines Rückschlagventils sind die Elastomerdichtungen. Hierbei setzt GF Piping Systems auf eine Weiterentwicklung der bewährten Profildichtung aus der Vorgängergeneration.

Genau diese Erfahrungen sind in die Ventilentwicklung eingeflossen. Der Schliesskörper wurde hydrodynamisch optimiert. Damit wurde der Druckverlust minimiert und der Durchfluss des Ventils im Vergleich zur bisherigen Generation um 25 Prozent erhöht. Mehr noch: Ein Verklemmen des Schliesskörpers ist praktisch ausgeschlossen, da der Kegel zweifach gelagert ist. Dadurch ist die Prozesssicherheit in der Aufbereitungsanlage sichergestellt. Ein weiterer positiver Effekt der neuen Kontur des Kegels: Das Ventil lässt sich ab sofort optional mit einer Rückstellfeder ausrüste und kann so für völlig neuartige Anwendungen eingesetzt werden. Mit der Rückstellfeder bestückt, kann das Rückschlagventil praktisch in jeder Position lageunabhängig eingebaut werden. Um eine möglichst lange Lebensdauer der Ventile mit Feder zu gewährleisten, ist die Feder zudem in drei verschiedenen Werkstoffen

Die erstklassige chemische Beständigkeit der Elastomere (EPDM und FPM) bewährt sich auch in den neuen Ventilen. Zusätzlich wurde das Profil der Dichtung optimiert. Zusammen mit dem patentierten Kegeldesign ist eine hundertprozentige Dichtheit gewährleistet: Das Profil der Fläche des Kegels, die auf den Dichtring trifft, ist kugelförmig. Dadurch ist bei leichter Auslenkung des Kegels sichergestellt, dass das Ventil keinerlei Leckage zulässt und somit die Pumpe vor dem Rücklauf des Prozessmediums schützt. Viele dieser Ventileigenschaften konnten durch Feldtests verifiziert und verbessert

werden. Das Ergebnis, die neu entwickelte Rückschlagventilgeneration von GF Piping Systems, schützt heute die Pumpen im Wasseraufbereitungsprozess des Kunden unter schwierigsten Bedingungen sicher und zuverlässig. Insgesamt wurde das Ventil in dieser Anwendung über 25 000 Stunden getestet. Mehr als 11 000 erfolgreich absolvierte Teststunden nach der letzten Konstruktionsanpassung bestätigen die Sicherheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit des neuen Ventils. Parallel zu den Entwicklungsarbeiten wurde Patentschutz für das neue Design angemeldet und im Frühjahr 2011 schliesslich erteilt.

Kontakt Georg Fischer Piping Systems Ltd. Ebnatstrasse 111 CH-8201 Schaffhausen Telefon +41 (0)52 631 11 11 info@piping.georgfischer.com www.piping.georgfischer.com

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Bild: Mihai Odoleanu

Bild 1. Von der Idee zur Realisierung sind oft viele Versuche notwendig.

Verwertung eines Nebenprodukts der Biodieselherstellung

Vom Reststoff zum hochwertigen Grundstoff Ein neues Verfahren ermöglicht bei der Herstellung von Biodiesel die Gewinnung eines hochwertigen Grundstoffs. Das Verfahren von ab&cd innovations e.U. erlaubt die kosteneffiziente Herstellung von Milchsäure aus Glycerin – einem wirtschaftlich wichtigen Nebenprodukt der Herstellung von Biodiesel mit weltweit steigender Nachfrage in der Kosmetik-, Pharma- und Biokunststoffindustrie. Bereits wird das Scale-up in den Industriemassstab und die Lizenzierung des neuen Verfahrens an Biodieselproduzenten vorbereitet.

Das Dilemma der Produzenten von Biodiesel: Ihr Erfolg führt gleichzeitig zu einer Überproduktion von Glycerin. Nun sinkt der Preis und damit die Rentabilität. Einen Ausweg würde die Veredelung des Glycerins zu höherwertigen Grundstoffen bieten, wenn dies kosteneffizient und in die Prozesse der Biodieselproduktion integrierbar wäre. Genau diesen «Königsweg» hat das Wiener Unternehmen ab&cd innovations e. U. entwickelt. Mit Unterstützung des INiTS

Bild: Kurt Hermann

Der Markt für umweltfreundliche Treibstoffalternativen bleibt attraktiv und Biodiesel ist weiterhin populär. Ein Problem für die tiefere Marktdurchdringung bleibt jedoch die variierende Wirtschaftlichkeit der Produktion von Biodiesel. Diese kann aber durch den Verkauf von Nebenprodukten der Herstellung optimiert werden. Ein umfangreich anfallendes Nebenprodukt ist Glycerin, das in verschiedenen Industrien angewendet wird.

Bild 2. Das bei der Biodieselherstellung im Überschuss anfallende Glycerin (links) wird in hochwertige Milchsäure umgewandelt.

Universitäres Gründerservice Wien GmbH bereitet es den Markteintritt vor. Das neu entwickelte Verfahren ermöglicht es, Milchsäure – einen hochwertigen Grundstoff der pharmazeutischen, kosmetischen und chemischen Industrie – kosteneffizient aus Glycerin herzustellen.

Sauer verdienter Erfolg Amitava Kundu, Gründer und CEO von ab&cd innovations, zu den Besonderheiten des Verfahrens: «90 Prozent der Weltproduktion von Milchsäure werden derzeit auf fermentativem Weg aus Nahrungsmitteln wie Mais, Weizen oder Zucker hergestellt. Unser Verfahren nutzt ein Nebenprodukt der Biodieselherstellung und ist ein rein synthetisches. So ist es uns gelungen, durch eine optimale Abstimmung von bestimmten Katalysatormetallen und Reaktionsbedingungen Milchsäure in hoher Reinheit bei 1–2/2012

gleichzeitig beträchtlicher Ausbeute von bis zu 80 Prozent zu gewinnen. Das minimiert den Einsatz von Energie, Platz und Ressourcen. Dies ist ein grosser Vorteil für die Umwelt und spart darüber hinaus auch noch bares Geld.» Tatsächlich erlaubt das zum Patent angemeldete Verfahren bei notwendigen Anlageninvestitionen eine Kostenreduktion um 75 Prozent im Vergleich zu fermentativ arbeitenden Produktionsanlagen. Dank des geringen Platzbedarfs der entsprechenden Anlagen lohnt sich die Integration in bestehende Systeme zur Biodieselproduktion sogar sehr rasch.

Gut gerüstet für den Biodieselmarkt Das wirtschaftlich und ökologisch attraktive Verfahren des österreichischen Jungunternehmens wurde mithilfe von INiTS zum Patent eingereicht. Damit ist der entscheidende Schritt in Richtung Markteintritt für das österreichische Start-up-Unternehmen erfolgt. Denn die Patenteinreichung bildet die Grundlage für die weitere Businessstrategie des Unternehmens: das Verfahren an interessierte Grossunternehmen auszulizenzieren. Gemeinsam mit INiTS wurde diese Strategie erarbeitet und die dafür notwendige Patenteinreichung umgesetzt. Michael Rauhofer, Geschäftsführer von INiTS, dazu: «Eine Problemlösung zu entwickeln, die wie bei ab&cd innovations dem Markt optimal gerecht wird, ist eine Herausforderung. Diese Lösung auch noch Erfolg bringend zu vermarkten ist dann eine weitere Hürde auf dem Weg zum Geschäftserfolg. Ab&cd innovations ist ein schönes Beispiel dafür, dass mit Unterstützung von INiTS nicht nur ein neues, vielversprechendes Start-up gegründet wurde, sondern durch intensive Beratung und Unterstützung klare Strategien erarbeitet und damit rasche wirtschaftliche Erfolge in Aussicht gestellt werden können.» Kundu ergänzt: «Wir sehen unser Unternehmen nun für einen Markteintritt im wachsenden Biodieselmarkt in Europa gut gerüstet – und auch Asien wird von uns bereits angezielt. Hier legen wir den Fokus auf die Palmölindustrie, die ähnliche Herausforderungen wie die Biodieselindustrie 1–2/2012

zu bewältigen hat und dennoch eine Diversifizierung ermöglicht. Mit INiTS an unserer Seite haben wir einen guten Partner, um diese Ziele zu verwirklichen.» Quelle: PR&D – Public Relations für Forschung & Bildung

Kontakt DI Dr. Amitava Kundu ab&cd innovations e.U. Währinger Strasse 42 A-1180 Wien Telefon +43 (0)650 511 61 17 office@ABandCD.com www.ABandCD.com

Nachgefragt Auf die Bitte um vertiefte Informationen schrieb Amitava Kundu unter anderem: «Das angemeldete Verfahren ist im Vergleich zur heute üblichen fermentativen Milchsäureproduktion ein rein chemisches. Durch die eingesetzten Katalysatoren kann die Glycerinkonvertierung unter relativ milden Reaktionsbedingungen (Temperatur, Atmosphärendruck) stattfinden. Da vergleichsweise wenig Nebenprodukte entstehen, ist auch die Aufarbeitung einfacher – und somit wirtschaftlicher. Die Milchsäure kann zur Isolation direkt destilliert werden! Im Vergleich dazu: Bei der fermentativen Herstellung wird Milchsäure verestert, destilliert und danach hydrolysiert, um die gewünschte Reinheit zu erzielen. Darüber hinaus beansprucht die Konvertierung aufgrund einer hohen Glycerinkonzentration wenig Reaktionsvolumen. In Verbindung mit der simplen Isolierung werden Milchsäure-Produktionseinheiten mit diesem Verfahren einen geringen Platzbedarf haben und somit in Biodieselanlagen integriert werden können. So können Biodieselproduzenten das anfallende Nebenprodukt selber verarbeiten und vermarkten.»

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VERFAHRENSTECHNIK

Anlagenbau zur Biomasseverarbeitung

Standardtechnologien müssen angepasst werden Biomasse ist nicht allein Ausgangsmaterial zur Bereitstellung von Energie (direkt im Heizkraftwerk, indirekt über die Herstellung und Nutzung von Biogas/Synthesegas). Auch immer mehr chemische Zwischen- und Endprodukte werden aus Biomasse hergestellt. Dank der politischen Rahmenbedingungen ist das Wachstumspotenzial enorm. Damit eröffnen sich für alle Akteure der Branche, für den Anlagenbau wie auch für die Zulieferindustrie, neue Chancen, aber auch Herausforderungen über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg. Auf der Achema 2012 vom 18. bis 22. Juni in Frankfurt am Main werden Lösungen vorgestellt, um die energetische wie stoffliche Konvertierung von Biomasse weiter zu optimieren.

Bild: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH

sollen sie von 28,2 Milliarden US-Dollar (2010) auf 33,7 Milliarden US-Dollar (2015) klettern.

Die älteste Energiequelle des Menschen

Bild 1. Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Bakteriums Escherichia coli, das zu den gängigsten in Biotransformationen eingesetzten Mikroorganismen gehört.

«Ich sehe keine Limits», antwortet Steen Riisgaard, President und CEO von Novozymes A/S, Dänemark, in einem Interview mit der EFCE (Europäische Föderation für Chemie-Ingenieur-Wesen) auf die Frage, ob biobasierte Technologien die traditionellen, erdölbasierten Technologien ersetzen können. Die vollständig auf Biotechnologien basierende Wirtschaft erwartet er zwar nicht kurzfristig; er zeigt sich aber sehr zuversichtlich, dass die Chemie diese Chance konsequent realisieren werde. Keine Frage: Biomasse und die entsprechenden Märkte sind im Kommen, was sich auch bei den Investitionen zeigt. Dies ist das Ergebnis der Ende 2010 publizierten Studie «Biomass Markets and Technologies» von Pike Research. Darin wird prognostiziert, dass die Investitionen in den Biomassemarkt weltweit während der nächsten fünf Jahre stabil wachsen werden. Demnach 34

Biomasse ist die älteste Energiequelle des Menschen, wird doch beispielsweise Holz schon seit Menschengedenken als Wärmequelle genutzt. Die stoffliche Nutzung ist eher jüngeren Datums: Gegenwärtig wird Biomasse laut VCI in der chemischen Industrie in Deutschland in der Grössenordnung von 2,7 Millionen Tonnen pro Jahr eingesetzt, was etwa 13 Prozent der Rohstoffbasis der chemischen Industrie entspricht. Die fossilen Ressourcen Kohle, Erdöl und Erdgas waren günstig. Diese Einschätzung hat sich gravierend geändert. Die Wege zur Nutzung von Biomasse sind sowohl im Hinblick auf die Einsatzstoffe wie auch auf die Endprodukte vielfältig. Die European Biomass Industry Association (Eubia) teilt die Methoden für die Umwandlung von Biomasse in vier Basiskategorien ein: • die direkte Verbrennung, thermochemische Umwandlungsprozesse (einschliesslich Pyrolyse und Vergasung), • biochemische Prozesse (einschliesslich den anaeroben biologischen Abbau und die Fermentation) • sowie die physikochemische Verarbeitung (zu Biodiesel). Die gewählte Technologie hängt von der chemischen Zusammensetzung des Ausgangsstoffs und dem gewünschten Produkt ab.

Chemische Produkte aus Biomasse Analog zur petrochemischen Raffinerie setzen Bioraffinerien die Biomasse kaskadenartig in chemische Grundstoffe und Treibstoffe um. Die integrierten Konzepte der Bioraffinerien befinden sich überwiegend im frühen Entwicklungsstadium. Dementsprechend ist die Zahl der Bioraffinerien in Deutschland und in Europa noch gering. Die meisten der Anlagen sind Demonstrations- oder Pilotanlangen, kommerzielle Bioraffinerien sind eher die Ausnahme. In Deutschland gibt es (Stand: 2010) sieben Bioraffinerieanlagen. In ganz Europa sind es 121 Anlagen. Die USA nehmen hinsichtlich des Baus, des Betriebs und der Förderung von Bioraffinerien eine führende Rolle ein. Allein im Biomass Program des US-amerikanischen Energieministeriums werden 29 Bioraffinerien gefördert. Eine Herausforderung für die Einführung von Bioraffinerien in Deutschland ist die Frage nach den künftigen Betreibern der Anlagen. Vertreter der chemischen Industrie als potenzielle Betreiber sind hier zurückhaltend. Demnach kämen als Standortbetreiber eher Chemieparks und Agrounternehmen in Frage. Inwieweit Biomasse und ihre möglichst vollständige Nutzung in Bioraffinerien traditionelle erdölbasierte Herstellungsweisen ablösen wird, analysiert die Studie «Biomasse – Rohstoff der Zukunft für die chemische Industrie» des VDI Technologiezentrums (siehe Kasten). Weitverbreitet ist die biotechnologische Umsetzung von Biomasse mittels Biotrans1–2/2012

VERFAHRENSTECHNIK

formation in lebenden Zellen oder der Biokatalyse mit isolierten Enzymen oder Enzymsystemen in der weissen Biotechnologie. Bei der Biotransformation kommen verschiedenste Mikroorganismen zum Einsatz, die gängigsten sind Hefe, Escherichia coli (Bild 1) und Corynebacterium glutamicum. Als Präkursoren dienen meist verschiedene Hexosen (C6 -Zucker) wie Glucose oder Fructose, die zum Beispiel durch hydrolytische Vorbehandlung aus der Biomasse herausgelöst werden. Lignocellulose erfordert allerdings eine andere Vorbehandlung, um das nicht fermentierbare Lignin vom Zucker abzuspalten. Derzeit wird die Lignocellulose-haltige Biomasse daher mechanisch und chemisch zum Beispiel mit Säuren, Phenolderivaten, heissem Dampf und auch zunehmend hydrolytisch-katalytisch mit Cellulasen vorbehandelt. Die aus der Lignocellulose freigesetzten Hemicellulosen enthalten einen hohen Anteil an Pentosen (C5-Zuckern), wie Xylose, für deren Abbau besondere Mikroorganismen benötigt werden.

Technische Herausforderungen und Lösungen Damit biobasierte Produktionsverfahren auch im grossindustriellen Massstab kostengünstig und kompetitiv umgesetzt werden können, sind allerdings noch zahlreiche technologische Herausforderungen zu meistern. Beispielsweise ergeben sich bereits beim Handling von Biomasse quasi aus der Natur der Dinge besondere Anforderungen: Erhebliche Tonnagen müssen nicht nur geerntet, sondern auch transportiert und verarbeitet werden. Die schiere Menge ist nicht die einzige Herausforderung an die Industrie, sondern auch die Diversität. Denn bei «Biomasse» geht es nicht nur um trockenes Schüttgut wie Mais oder Holzschnitzel, sondern auch um viskose Fluide wie Klärschlamm oder Gülle. So unterschiedlich die Medien, so unterschiedlich auch die Anforderungen an den Transport zum Zielort. Die Logistik ist nicht der einzige Punkt, der spezielle Lösungen erfordert. Zwischen Lieferung und Weiterverarbeitung muss die Biomasse gelagert werden. Immer wieder kommt es beispielsweise bei Holzschnitzeln 1–2/2012

Biomasse – Rohstoff der Zukunft In der Studie «Biomasse – Rohstoff der Zukunft für die chemische Industrie» werden biobasierte Herstellungsverfahren bei 26 Vorläufersubstanzen untersucht, den sogenannten Plattformchemikalien. Bei elf dieser Plattformchemikalien ist eine starke Entwicklungsdynamik zu biobasierter Produktion zu verzeichnen. So werden beispielsweise die Produktionskapazitäten für Bernsteinsäure und der ausschliesslich aus Biomasse hergestellten Polymilchsäure (PLA) weltweit ausgebaut. Aus Biomasse hergestellte Produkte sind insbesondere als Ersatz für erdölbasierte Produkte interessant. Die chemische Industrie verfolgt mit biobasierten Herstellungsverfahren gleich mehrere Ziele: Den Nachhaltigkeitsgedanken ebenso wie die Sicherung und Erweiterung der Rohstoffbasis, die Prozesse effizienter und kostengünstiger zu gestalten sowie innovative Produkte zu er schliessen bzw. die Produkteigenschaften zu verbessern. Aus ökonomischer Sicht bietet der Übergang zur biobasierten Chemiewirtschaft für Deutschland die Chance, neue Absatzmärkte und Wertschöpfungsketten im In- und Ausland zu etablieren. Darüber hinaus kann die Nutzung von Biomasse auch entscheidend dazu beitragen, die Ziele der deutschen Nachhaltigkeitsstrategie durch CO2-Neutralität und nachhaltige Ressourcennutzung schneller zu erreichen. Dabei zeigt die Studie jedoch auch, dass die Produktionsmengen der meisten,

zur Selbstentzündung. Schuld daran sind mikrobielle Abbauvorgänge im Holz, die durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Schüttgutes regelrecht katalysiert werden und in manchen Fällen zu Schwel- oder Glimmbränden bis hin zur offenen Flamme führen. Neben den chemischen Oxidationsreaktionen, die den grössten exothermen Anteil zum Gesamtprozess beisteuern, spielen auch physikalische und mikrobiologische Prozesse eine Rolle für den Wärmehaushalt einer Biomasseschüttung, wie die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in ihrem Leitfaden zur Brandvermei-

neuerdings aus Biomasse hergestellten Produkte noch vergleichsweise gering sind. Damit biobasierte Produktionsverfahren auch im grossindustriellen Massstab kostengünstig und kompetitiv umgesetzt werden können, sind allerdings noch zahlreiche technologische Herausforderungen zu meistern. Die Übersichtsstudie «Biomasse – Rohstoff der Zukunft für die chemische Industrie» ist als Band 90 in der ZTC-Reihe «Zukünftige Technologien» erschienen. Sie steht kostenfrei als PDF zum Download oder als Druckausgabe zur Verfügung unter: www.zukuenftigetechnologien.de/ biomasse Quelle: VDI

dung bei der Lagerung von Biomasse erläutert. So führt zum Beispiel die Adsorption von Wasser an verhältnismässig trockenen Feststoffoberflächen ebenfalls zur Temperaturerhöhung, da Adsorptionswärme freigesetzt wird. Nicht nur in trockener Form erfordert Biomasse besondere Aufmerksamkeit. So ist das Lagern von flüssigem Wirtschaftsdünger mit bau- und wasserrechtlichen Auflagen verbunden, die ein Ab- oder Überlaufen der Gülle und damit ein Eindringen in die Kanalisation oder gar ins Grundwasser verhindern sollen. 35

VERFAHRENSTECHNIK

Bild: J C D in de.wikipedia.org

• höhere Gasausbeute/Verkürzung der mittleren Verweildauer im Fermenter • Entlastung von Rührwerken und Pumpen • verbesserte Struktur der Gärstoffreste.

Bild 2. Die Grafik stellt den anaeroben Abbau organischer Stoffe zu Methan, CO2 und Wasser in allen vier Stufen dar. Als Nebenprodukte entstehen bei diesem Prozess Ammonium und Schwefelwasserstoff.

Nach der stofflichen Konversion liegen die Produkte in der Regel stark verdünnt vor; häufig handelt es sich um komplexe Produktgemische, die neben diversen Restund Abfallstoffen eine Reihe einander sehr ähnlicher Komponenten beinhalten. Typisch sind zum Beispiel Fermentationslösungen, Zellkulturen oder Pflanzenextrakte. Eine grosse Herausforderung liegt deshalb in der Aufreinigung bzw. dem Downstreaming der Produkte, um chemische Standards zu erzielen. Die Mengen an wässrigem Medium sind meist sehr gross und darüber hinaus muss das Produkt oft auch noch aus dem Organismus isoliert werden. Die Extraktion der Produkte aus Fermenterbrühen ist mit bis zu 80 Prozent einer der Hauptkostenfaktoren bei der biotechnologischen Produktion. Weitere technologische Hürden setzt beispielsweise die Entwicklung neuer spezifischer Katalysatoren und Biokatalysatoren. Auch Produktinhibition während der Fermentation ist ein Problem, nämlich dann, wenn die eingesetzten Organismen mit hohen Produktkonzentrationen nicht klarkommen. Innovative Konzepte wie etwa In-situ-Produktabtrennung oder Prozessführung bei niedrigen pH-Werten sind mögliche Lösungen. Weitere Schwierigkeiten treten bislang zudem beim Upscaling der Prozesse aus dem Labor auf. Die Verquickung biobasierter Verfahren mit der klassischen Chemie muss 36

vorangetrieben werden: Gerade in neueren Entwicklungen ist eine solche Hybridchemie zu finden. In den USA und China wird beispielsweise intensiv an Polybutylensuccinat gearbeitet. Hier werden eine biologische Fermentation und eine chemische Hydrierung kombiniert.

Biogasanlagen: neuralgische Stellen beachten Bei der anaeroben Fermentation von Abfallstoffen und anderer Biomasse in Biogasanlagen werden die natürlichen Stoffwechselwege von Mikroorganismen ausgenutzt, um Substrate in Biogas umzuwandeln (Bild 2). Die Struktur der eingebrachten Feststoffsubstrate beeinflusst wesentlich den Vergärungsprozess in Biogasanlagen. Standardisierte Inputstoffe wie Maissilage (Bild 3) werden zunehmend durch alternative Substrate wie beispielsweise Mist, Gras oder Stroh und in jüngster Zeit auch durch den Einsatz von Zuckerrüben ersetzt. Das gezielte Auflösen von Agglomeraten und das Zerkleinern der Feststoffe erhöht die Oberfläche, die im Prozess beteiligten Bakterien können die Nährstoffe schneller verwerten. Darüber hinaus begünstigt das Zerkleinern eine schnellere und homogenere Verteilung in der flüssigen Phase der Fermenter. Damit ergeben sich entscheidende Vorteile für den Gesamtprozess:

Die Berufsgenossenschaft Chemie moniert in einer Studie, dass 80 Prozent der begutachteten Biogasanlagen Mängel aufweisen. Das liegt daran, dass Biogasanlagen brennbares, explosionsgefährliches Methan erzeugen. Daneben entstehen beim Betrieb weitere potenziell kritische Zwischen- und Endprodukte wie Kohlendioxid oder Schwefelwasserstoff. Zu Unfällen kommt es auch dann, wenn Konstruktionsfehler und Materialschäden vorliegen, wie zum Beispiel ein statisches Versagen von Bauteilen, die dem Druck der Biomasse oder der Gase nicht standhalten. Zu den neuralgischen technischen Stellen in den Anlagen zählt das Blockheizkraftwerk, hier vor allem der Gasmotor. Ein störanfälliger Bereich ist der Feststoffeintrag durch Pumpen.

Biogas: der Traum vom kontrollierten Schaum Biogasanlagen arbeiten oft an der Grenze der Wirtschaftlichkeit. Technische Probleme und Prozessstörungen, die mit längeren Ausfallzeiten bzw. Reparaturkosten verbunden sind, können für den Biogasanlagenbetreiber spürbare ökonomische Folgen haben. Eine der häufigsten Betriebsstörungen in Biogasanlagen ist die unkontrollierte Schaumbildung. Der Schaum kann in Biogasreaktoren unterschiedliche Betriebsstörungen und Schäden hervorrufen. So reichen die schaumbedingten Probleme von der Krustenbildung an der Reaktorwand, dem Ausfall von Schiebern, der Verschmutzung und Verstopfung der Gas- bzw. Kondensatleitungen und der Rezirkulatpumpe aufgrund der Zurückhaltung der Schaumfeststoffe bis hin zum Überschäumen und kompletten Stillstand der Anlage. Dadurch wird der Gasertrag der Anlagen verringert, und es sinkt der wirtschaftliche Gewinn. Am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung wird nach Möglichkeiten gesucht, ein Frühwarnsystem zu entwickeln, um bevorstehende Schaumereignisse vorherzu1–2/2012

VERFAHRENSTECHNIK

Biogas in Erdgasqualität An der Universität Hohenheim wird ein völlig neues Verfahren entwickelt, um Biogas in Erdgas-Qualität zu erzeugen. Der Kniff: Die für die Biogasentstehung verantwortlichen Methanbakterien selbst werden eingespannt, um den Druck und die Reinheit zu erhalten, die für die Erdgasqualität notwendig sind. Dafür entwickeln die Hohenheimer Forscher eine spezielle Steuerungsund Regelungstechnik. Damit muss das Gas nicht mehr wie bisher nachträglich verdichtet und gereinigt werden. Das spart bis zu 40 Prozent der Energiekosten. Im nächsten Schritt soll ein Prototyp der neuen Anlage in Hohenheim entstehen. Das neue Verfahren könnte der Bioerdgasproduktion zu einem echten Schub verhelfen. Mit ihm lässt sich nicht nur ein Grossteil der bisherigen Energiekosten einsparen. Es ist – anders als das herkömmliche Verfahren – auch mit kleinen Anlagen wirtschaftlich realisierbar. Zudem ist der Gesamtinvestitionsaufwand für die Anlage deutlich geringer, da keine Anlage zur Aufbereitung des Gases notwendig ist.

Biogasanlagen: effizienter mit optischer Analyse Siemens entwickelt optische Messtechniken, um Biogasanlagen genauer auszusteuern und damit ihre Effizienz zu erhöhen. Beim Vergären von Biomasse zu Methan bilden sich Säuren. Wird ihre Konzentration zu hoch, kippt der Prozess und die Anlage muss gereinigt und neu angefahren werden. Heute prüfen die Betreiber die Chemie im Kessel regelmässig anhand von Stichproben, die sie zur Analyse in ein Labor geben. Weil sie den aktuellen Säu1–2/2012

regehalt im Fermenter nicht kennen, halten viele Betreiber sicheren Abstand zu einem möglichen Ausfall und nehmen dabei hohe Verluste in Kauf. Das von Siemens entwickelte Gerät strahlt infrarotes Licht durch ein Glasfenster in den Fermenter und misst so den Säuregehalt. Das Risiko einer unerwarteten Übersäuerung fällt weg, und die Anlagen können voll ausgefahren werden. Experten schätzen, dass dadurch der Energieertrag um fünf bis zehn Prozent steigt.

Bild: AxelHH/Pixelio

sehen und zu vermeiden. Um herauszufinden, woraus der Schaum in Biogasanlagen besteht und wann er auftritt, werden Substratproben von verschiedenen Biogasanlagen untersucht. Als Referenz werden Proben aus Biogasreaktoren analysiert, die im stabilen Zustand betrieben werden und keinen Schaum entwickeln. Da alle ermittelten Daten in einer Datenbank zusammengeführt werden, soll es später möglich werden, anhand von Mustern Zusammenhänge zu erkennen und Vorhersagen zu treffen.

Biokorrosion: Entschwefelung unabdingbar

Bild 3. Biomassehaufen (vermutlich reine Mais silage) einer Biogasanlage bei Hannover.

Eine weitere spezifische Herausforderung an den Anlagenbau erläutern Stephan Prechtl und Martin Faulstich (ATZ Entwicklungszentrum, Sulzbach-Rosenberg) in ihrer Studie: In biologischen Anlagen zur Biomasseverarbeitung und zur Energieerzeugung besiedeln Biofilme Werkstoffe wie Metall, Naturstein, Beton oder Kunststoff und können durch ihre Stoffwechselaktivität beispielsweise den pH-Wert, das Redoxpotenzial, die Sauerstoffkonzentration und andere korrosionsrelevante Parameter verändern, die eine beschleunigte Korrosion dieser Werkstoffe bewirken. Landwirtschaftliche Biogasanlagen wurden und werden häufig in Betonbauweise errichtet und mithilfe mechanischer Rühraggregate durchmischt. Der beim anaeroben mikrobiologischen Substratabbau gebildete Schwefelwasserstoff und dessen Folgeprodukte (schwefelige Säure und Schwefelsäure) sind vielfach für Korrosionsschäden an Bauwerken und Aggregaten wie Rühr werken, Wärmetauschern und Blockheizkraftwerken verantwortlich. Das bisher gängigste Verfahren zur Reduzierung des Schwefelwasserstoffgehalts in Biogas ist die direkt im Fermenter stattfindende biologische Entschwefelung. Diese sehr einfache Variante der mikrobiologischen Entschwefelung mit geringen Investitions- und Betriebskosten wird bei einem Grossteil der Anlagen eingesetzt. Unter optimalen Bedingungen kann eine Entschwefelungsrate von 95 Prozent erzielt werden. Ablagerungen von elementarem Schwefel können zu Verstopfungsproblemen beispielsweise an Rohrleitungen führen. Besonders schwankende Rohgaskonzentrationen beeinflussen die mikrobiologische

Entschwefelung direkt im Gasraum des Fermenters negativ. Die Korrosionsschäden lassen sich in der Praxis oft durch die Wahl eines besser geeigneten Verfahrens zur Entschwefelung des Biogases vermeiden. Praktische Bedeutung haben folgende Verfahren, die jedoch im Einzelfall auf ihre jeweilige technische Eignung und die notwendigen Investitionsund Betriebskosten hin überprüft und bewertet werden müssen: • Fällung durch direkte Eisensalzzugabe • Laugenwäsche • Adsorption an eisenhaltigen Massen • Adsorption an Aktivkohle • externe biologische Entschwefelung in einem separaten Reaktor. Viele der geschätzt 7000 Biogasanlagen in Deutschland arbeiten seit Jahren unterbrechungsfrei. Hier entspricht die Anlagentechnik zumeist nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik; sensible Bauteile verschleissen zunehmend – Fachleute erwarten deshalb ein massives Repowering: beispielsweise moderne MSR-Technologien zur leichteren Kontrolle der Anlage. Ausserdem werden empfindliche und stark beanspruchte Bauteile wie Rührwerke, Beschicker oder Blockheizkraftwerke ausgetauscht werden.

Synthesegasanlagen: Ablagerungen vermeiden Problematisch bei der Herstellung von Synthesegas aus Biomasse ist die Teerbildung. Die Probleme liegen insbesondere in der störungsfreien Einbringung der Biomasse, dem hohen Koks- und Teeranteil im Pro37

V E R FA H R E N S T E C H N I K / A N A LY T I K

duktgemisch sowie in der aufwendigen Gasreinigung. Das Hauptproblem beim Einsatz von Biomasse in Verbindung mit Stirlingmotoren liegt bei der effizienten Übertragung der Wärme vom Rauchgas aus der Biomasseverbrennung an das Arbeitsgas des Stirlingmotors. Das Bindeglied zwischen Rauchgas und Arbeitsgas ist der Erhitzerwärmetauscher. Um einen guten elektrischen Anlagenwirkungsgrad zu garantieren, sind möglichst hohe Rauchgastemperaturen beim Eintritt in den Erhitzerwärmetauscher erforderlich, was jedoch zu Problemen mit Ascheanlagerungen in dieser Anlagenkomponente führen kann. Dafür wurde ein Berechnungsprogramm für den rauchgasseitigen Wär-

meübergang im Erhitzerwärmetauscher entwickelt. Im Rahmen umfangreicher Berechnungen und Entwicklungen konnte die Effizienz dieser Anlagenkomponente deutlich verbessert werden. Zudem steht ein automatisches Abreinigungssystem für den Erhitzerwärmetauscher zur Verfügung. Einen anderen Lösungsweg verfolgt die auf Nanotechnologie beruhende Beschichtung (Projekt Nanostir) – sie soll die Verschlackung des Erhitzerkopfes ganz oder zumindest in erheblichem Mass dauerhaft reduzieren. www.achema.de

Gute Chemikerwitze gesucht Chemiker stehen nicht im Ruf, besonders witzig zu sein. Die mir bekannten Chemikerwitze auch nicht. Ein Beispiel: «Was ist der Unterschied zwischen einem Chemiker und einer Hebamme? Der Chemiker sagt H zwei O, die Hebamme O H zwei.» Selten so gelacht! Ganz habe ich die Hoffnung auf gute Chemikerwitze noch nicht aufgegeben. Deshalb mein Aufruf: Senden Sie eine Mail an redaktion@ sigwerb.com mit Ihrem Lieblings-Chemikerwitz. Gute Witze werden in «ChemieXtra» publiziert. Die beste Einsendung wird Ende Jahr mit einem

Quelle Der Trendbericht wurden von internationalen Fachjournalisten zusammengestellt.

Preis belohnt. Kurt Hermann

FTIR-Messtechnik

Kunststoffanalyse in der Praxis Rohstoffe werden immer knapper und teurer. Die EU-Kommission hat in ihrer Presseerklärung IP/11/122 «Rohstoffpolitik: Kommission legt neues Strategiepapier vor» ausdrücklich neben der Rohstoffversorgung auch über die Ressourceneffizienz gesprochen, um in diesem Zusammenhang das Recycling zu fördern. Am Beispiel von ABS wird gezeigt, wie rezyklierte Kunststoffe schnell analysiert werden können.

für die Weiterverarbeitung müssen regelkonform geprüft werden. Die schnelle Analyse von rezyklierten Polymeren ist ein Vorteil für die Wareneingangskontrolle. Innerhalb kürzester Zeit können das Basispolymer identifiziert und Störungen festgestellt werden. Natürlich ist es eine Frage der Kosten, die zu den rezyklierten Materialien führt. Es lassen sich die natürlichen Ressourcen sparen, wenn man durch Recycling Ersatzmaterial schaffen kann. Bild 1. IRAffinity-1

Das Recycling von Polymeren ist ein wichtiger Aspekt für die Umwelt. Aber dieser Prozess gestaltet sich manchmal etwas schwierig, da die neuen Gesetzgebungen klare Grenzwerte vorgeben (Recycling of Hazardous Substances, RoHS) und die Möglichkeiten einschränken. Regranulate 38

Vergleich von unbehandeltem und rezykliertem Polymer Aber was passiert nun beim Recyclingprozess? Polymere wie ABS werden von verschiedenen Quellen zusammengemischt und als sortenrein zurückgeführt. Dieses Material liegt zum Beispiel in der Form von

Granulaten vor und wird als Regranulat bezeichnet. Eine Qualitätssicherung muss die Differenz in solchen Mischungen sichtbar machen. In dieser Applikation wird das unbehandelte Polymer mit dem rezykliertem verglichen. Als Beispiel dienen ein reinstes und ein wiedergewonnenes ABS. In der Automobilindustrie wird ABS, ein Ter polymer, oftmals als Material für Gehäuseteile von Lichtquellen, Kühlergrills oder Radkappen verwendet. Der Vorteil dieses Materials ist, dass es sich einfach galvanisieren lässt. Spiegel oder Reflektoren werden längst nicht mehr aus Metall gefertigt. Das ABS besteht aus Acrylnitril, 1,3-Butadien und Styrol. Eine schnelle, und zuverlässige und zerstörungsfreie Analyse von diesem Material bietet die FTIR-Messtechnik kombiniert mit einer Einfachreflexionsmethode. In diesem Fall wurde für die Einfachreflexion ein auf Diamant basierendes ATR1–2/2012

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Bild 3. Infrarotspektrum von zwei ABS-Kunststoffen, wobei der schwarz gezeichnete Graph das unbehandelte ABS und der rot gezeichnete Graph das rezyklierte ABS zeigt.

Zubehör verwendet. Mit reproduzierbarem Druck wird die Polymerprobe, hier in der Form von Granulat, an das Messfenster gedrückt. Die Reflexion vom IR-Strahl in die Probe hinein reicht bereits aus, um ein Messergebnis zu erhalten.

des Kunststoffs, und dies wird gezielt in der Fertigung von Bauteilen genutzt. Weitere Auffälligkeiten im Spektrum sollten aufgeklärt werden. Dazu empfehlen sich weitere Analysenschritte mit Pyrolyse-GCMS und Prüfung der Elemente mit EDX, AAS oder ICP, wie schon früher in den ShimadzuNews-Artikeln und Applikationsberichten dargelegt.

Um das Spektrum von ABS interpretieren zu können, kann man die Spektren der drei Einzelpolymere heranziehen, um die Unterschiede sichtbar zu machen. Zum Beispiel weist das Acrylnitril eine charakteristische Bande bei 2237 cm –1 (Nitrilbande) auf. Das ABS-Spektrum beinhaltet alle typischen Charakteristika von Styrol, Acrylnitril und Butadien. Bei 975 cm –1 besitzt der Graph ein Maximum, welches der Butadiengruppe zuzuordnen ist. Die Grundstruktur des Spektrums kann auf Styrol zurückgeführt werden, und die Nitrilbande wird bei 2237 cm –1 angezeigt. Das typische Spektrum von ABS ist in Bild 2 dargestellt. Im Spektrum des rezykliertem ABS (Bild 3) können folgende Strukturen wiedergefunden werden: bei 1725 cm –1 polybromiertes Diphenylether (ein bromhaltiges Flammschutzmittel), Polycarbonat mit der typischen Dreifachbande bei 1200 cm –1, 1,3Butadien bei 975 cm –1 und bei 2237 cm –1 die Nitrilstruktur von Acrylnitril. Das Spektrum des rezyklirten Polymers zeigt ein Mischspektrum, es ist nicht sortenrein. Aber dies muss kein Nachteil sein. In diesem Beispiel ist die Beimischung Polycarbonat (PC) vorhanden, das zum Härten der Polymere eingesetzt wird. Jede der Funktionsgruppen beeinflusst die Physik 1–2/2012

Quelle: Nachdruck von Artikel «Plasikanalyse in der Praxis», Shimadzu News 2/2011, Seiten 6–7

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A N A LY T I K

SAMMI macht kleinste Materialunterschiede sichtbar

Lebensmittelkontrolle mit Millimeterwellen

Bild: Fraunhofer FHR

Was dem menschlichen Auge verborgen bleibt, macht ein neuer Millimeterwellensensor sichtbar: Er durchleuchtet optisch nicht transparente Stoffe wie Packpapier, Kunststoff oder Karton und arbeitet anders als Röntgenscanner nicht mit gesundheitsschädlichen Strahlen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Hochfrequenzphysik und Radar technik FHR in Wachtberg haben das Gerät entwickelt

Bild 1. Der Millimeterwellensensor durchleuchtet alle optisch nicht transparenten, nicht metallischen Materialien.

Ist die Packung richtig befüllt? Befinden sich in der Schokolade Verunreinigungen? Sind die Plastiknähte korrekt verschweisst? Verbirgt sich in dem Päckchen ein Messer? Antworten auf all diese Fragen liefert der Materialscanner SAMMI, kurz für Stand Alone MilliMeter wave Imager: Der Millimeterwellensensor durchleuchtet alle optisch nicht transparenten Materialien. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg haben das Gerät entwickelt, das mit einer Breite von 50 und einer Höhe von 32 Zentimeter nicht grösser ist als ein kompakter Laserdrucker. Alle nicht metallischen Stoffe stellen für SAMMI kein Hindernis dar. «Das System erkennt Holzsplitter im Zellstoff von Windeln, Luftblasen im Kunststoff, Brüche im Marzipanriegel, Fremdkörper in Lebensmitteln. Es kann sogar den Austrocknungsprozess in Pflanzen beobachten und feststellen, wie stark diese durch Trockenperioden gestresst wurden», sagt Helmut Essen, Leiter der Abteilung Millimeterwellenradar und Höchtstfrequenzsensorik vom FHR. Daher ist der Scanner vielseitig einsetzbar 40

– er eignet sich sowohl für die industrielle Produktkontrolle und Qualitätssicherung als auch für die Materialanalyse im Labor. Da das System gefährliche Substanzen wie Sprengstoffpulver in Briefen detektieren kann, lassen sich auch gefährdete Personen wie etwa Politiker oder Mitarbeiter in Frachtunternehmen mit dem Millimeterwellenradar schützen. Der Clou: SAMMI macht kleinste Materialunterschiede sichtbar, die im Röntgenbereich verborgen bleiben. Denn anders als Röntgenscanner unterscheidet SAMMI beispielsweise zwischen den unterschiedlichen Füllungen von Pralinen oder Gummimischungen, die eine ähnliche oder identische Absorption aufweisen. Ein weiterer Vorteil: Der Materialscanner arbeitet nicht mit ionisierender Strahlung, die zu Gesundheitsschäden führen kann. Er ist zudem wartungsarm; regelmässige Prüfungen wie bei Röntgenröhren entfallen. Doch wie funktioniert SAMMI? Im Gehäuse des Systems sind auf zwei sich gegenüberliegenden rotierenden Scheiben je eine Sende- und eine Empfangsantenne angebracht. Ein Förderband fährt die Probe – etwa ein Paket mit unbekanntem Inhalt – zwischen den Antennen hindurch, wobei diese elektromagnetische Wellen im Hochfrequenzbereich von 78 GHz senden. Die verschiedenen Zonen der Probe dämpfen das Signal mit unterschiedlicher Intensität. Auf diese Weise zeigen die diversen Materialzusammensetzungen einer Probe einen unterscheidbaren Kontrast an.

Untersuchungen auf Unähnlichkeiten «Im Prinzip untersuchen wir die zu durchleuchtenden Gegenstände auf Unähnlichkeiten», erläutert Essen. Der Probeninhalt wird in Echtzeit auf einem ausklappbaren

Display dargestellt, das Bestandteil des Scanners ist. Enthält ein Paket beispielsweise ein Messer, so ist sogar die Maserung des Griffs erkennbar. Sollte dieser hohl sein, zeigt der Millimeterwellensensor dies ebenfalls an. Das Gerät scannt eine Fläche von 30 mal 30 Zentimeter in rund 60 Sekunden. «Unser System lässt sich ohne Sicherheitsvorkehrungen und Sicherheitseinweisungen bedienen und durch sein geringes Gewicht von rund 20 Kilogramm mobil einsetzen. Zudem ist es für unterschiedliche Messfrequenzen auslegbar», betont der Wissenschaftler. Künftig wollen die Forscher das System für Terahertzfrequenzen von 2 THz «aufrüsten». «Dann werden wir in der Lage sein, nicht nur unterschiedliche Strukturen zu erkennen, sondern auch feststellen können, aus welchem Kunststoff ein Produkt ist. Das ist im Augenblick noch nicht möglich«, so Essen. Derzeit eignet sich SAMMI nur für Stichprobenkontrollen. Doch die FHR-Forscher sind dabei, den Millimeterwellensensor für eine Produktionsstrasse in einer Industrieanlage zur schnellen, automatisierten Kontrolle von Waren anzupassen: Hierfür bringen sie eine Zeile von Sensoren über dem Förderband an. Mit einer Geschwindigkeit von bis zu sechs Meter pro Sekunde sollen die Produkte künftig durchleuchtet werden. Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft Kontakt Dr. Helmut Essen Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR Neuenahrer Strasse 20 D-53343 Wachtberg Telefon +49 (0)228 9435 249 helmut.essen@fhr.fraunhofer.de www.fhr.fraunhofer.de 1–2/2012

PHARMA/MEDIZIN

ATP-Konzentration als Indikator

Weniger Tierversuche dank Nanosensoren

Bild: Fraunhofer EMFT

Experimente an Tieren sind seit Jahrzehnten in der Kritik. Eine Trendwende ist dennoch nicht in Sicht. Die Zahl der Tests mit Labortieren stieg sogar. Forscher der Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien EMFT in München haben jetzt eine neue Alternative gefunden: Mithilfe von Sensornanopartikeln wollen sie die Anzahl der Versuche reduzieren.

Bild 1. Nanosensoren zeigen durch das gelbe Signal im Überlagerungsbild (rechts), dass die Zellen aktiv sind. Wären sie in einem schlechten Zustand , wären sie deutlich roter. Mitte: Signal des Indikatorfarbstoffs. Links: Signal des Referenzfarbstoffs.

Unzählige Mäuse, Ratten und Kaninchen sterben jährlich für die Wissenschaft – Tendenz steigend. Verwendeten deutsche Labors im Jahr 2005 noch etwa 2,41 Millionen Tiere für Forschungszwecke, so waren es 2009 bereits 2,79 Millionen. Ein Drittel diente der biologischen Grundlagenforschung, ein Grossteil davon wurde für die Erforschung von Krankheiten und für die Entwicklung medizinischer Produkte und Geräte benötigt. Die Menschen fordern zwar sichere Medikamente und verträgliche Therapien, doch Tier versuche will kaum jemand in Kauf nehmen. Wissenschaftler suchen daher seit Jahren nach Ersatzmethoden. Eine Alternative haben jetzt die Forscher der Fraunhofer-Einrichtung für Modulare FestkörperTechnologien EMFT in München gefunden: Mit neuartigen Nanosensoren wollen sie die Anzahl der Tierexperimente verringern. «Wir testen Chemikalien quasi im Reagenzglas auf ihre Wirksamkeit und ihr Risikopotenzial. Hierfür setzen wir lebende Zellen, die aus menschlichem und tierischem Gewebe isoliert und in Zellkulturen gezüchtet wurden, der zu untersuchenden Substanz aus», erläutert Jennifer Schmidt vom EMFT. 1–2/2012

Ist der Wirkstoff in einer bestimmten Konzentration giftig für die Zelle, stirbt sie. Diese Änderung des «Wohlbefindens» können Schmidt und ihr Team mit ihren Sensornanopartikeln sichtbar machen.

Nanosensoren detektieren Adenosintriphosphat Gesunde Zellen speichern ihre Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP). Je mehr ATP vorhanden ist, desto aktiver ist die kleinste lebende Einheit. Wird diese stark geschädigt, verringert sie schliesslich ihre Stoffwechselaktivität, speichert weniger Energie und produziert infolgedessen auch weniger ATP. «Mit unseren Nanosensoren können wir das Adenosintriphosphat detektieren und feststellen, in welchem Gesundheitszustand sich Zellen befinden. Dies wiederum lässt Rückschlüsse auf den zellschädigenden Einfluss von Medikamenten oder Chemikalien zu», sagt Schmidt. Damit die Nanopartikel das ATP erkennen, statten die Forscher sie mit zwei Fluoreszenzfarbstoffen aus: einem grünen Indikatorfarbstoff, der sensibel auf ATP reagiert, und einem roten Referenzfarbstoff, dessen Farbe sich nicht verändert. Im nächsten Schritt schleusen die Wissenschaftler die Partikel in die lebenden Zellen ein und beobachten sie unter dem Fluoreszenzmikroskop. In Abhängigkeit der Menge des vorhandenen ATP leuchten die Partikel unterschiedlich stark – je gelber das Signal im Überlagerungsbild erscheint, desto aktiver ist die Zelle (Bild 1). Wäre diese in einem schlechten Zustand, würde das Überlagerungsbild deutlich röter ausfallen. «Werden beispielsweise Krebszellen verwendet, lässt sich zukünftig die Wirksamkeit neu entwickelter Chemotherapeutika tes-

ten. Detektieren wir mit den Nanosensoren eine geringe ATP-Konzentration in den Zellen, wissen wir, dass das neue Medikament die Tumorzellen in ihrem Wachstum hemmt oder gar abtötet», so die Forscherin. «Die vielversprechendsten Medikamente können dann weiter untersucht werden.»

Nanopartikel genügen hohen Ansprüchen Die Nanopartikel der EMFT-Forscher genügen hohen Ansprüchen: Sie sind nicht giftig für Zellen, passieren problemlos die Zellmembran und lassen sich sogar gezielt dorthin transportieren, wo die Testsubstanz detektiert werden soll. Bevor das Verfahren angewendet werden kann, müssen die Zulassungsbehörden es anerkennen – ein langer Weg durch die Genehmigungsinstanzen steht den Experten vom EMFT bevor. Das hält die Forscher nicht davon ab, die Technologie inzwischen weiterzuentwickeln und flexibel einzusetzen: beispielsweise, um die Qualität und Geniessbarkeit von verpacktem Fleisch zu ermitteln. Hierfür haben sie Nanosensoren entwickelt, die die Konzentration von Sauerstoff und toxischen Aminen bestimmen können. Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

Kontakt Dr. rer. nat. Gerhard Mohr Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien EMFT Universitätsstrasse 31 D-93053 Regensburg Telefon +49 (0)172 629 1433 gerhard.mohr@emft.fraunhofer.de www.emft.fraunhofer.de 41

ERNÄHRUNG

Kalorienfrei süssen

Die EU erlaubt Stevia-Süssstoffe Vielfach süsser als Zucker, natürlich gewachsen und komplett kalorienfrei: Seit dem 3. Dezember ist Süssstoff aus der Süsspflanze Stevia legal in der EU zugelassen. Der Durchbruch für Stevia sei die Entscheidung allerdings noch nicht, urteilt Udo Kienle von der Universität Hohenheim. Denn in Lebensmitteln dürfen nur vergleichsweise geringe Mengen verwendet werden. Auch Landwirte dürfen das Süsskraut noch nicht anbauen. Doch die Teilzulassung sei ein wichtiger Schritt für die Verbraucher, das Zukunftspotenzial der Pflanze sei weiterhin enorm.

Bild: Sten Porse (Wikipedia)

der Anbau von Stevia in Europa ist damit noch nicht zugelassen. In den Gewächshäusern der Universität Hohenheim ist Stevia – zu wissenschaftlichen Zwecken – schon seit Jahrzehnten heimisch: Seit fast 30 Jahren forscht hier Udo Kienle um das süsse Kraut, das ursprünglich aus Paraguay stammt. In dieser Zeit erforschte er Anbau- und Verarbeitungsverfahren für den europäischen Markt. In Marktstudien lotete der Agrarwissenschaftler Verbraucherakzeptanz und Verbrauchererwartung aus. Im Auftrag der EU untersucht Kienle, ob Stevia eine Einkommensalternative für Tabakbauern wäre. Sein Buch «Stevia rebaudiana – Der Zucker des 21. Jahrhunderts» erschien 2011.

Langer Zulassungsprozess aufgrund hoher Hürden

Bild 1. Stevia rebaudiana, im Gewächshaus kultiviert.

Florian Klebs Seit 3. Dezember 2011 dürfen in der EU Lebensmittel in den Handel gegeben werden, die mit Steviolglykosiden gesüsst wurden. Steviolglykoside sind Süssstoffe, die aus dem Süsskraut Stevia rebaudiana (Bild 1) gewonnen werden. Allerdings ist der Süssstoff nicht unbegrenzt freigegeben: Lebensmittel müssen sicherstellen, dass eine Tageshöchstdosis von 4 mg/kg Körpergewicht sogenannter Stevioläquivalente beim Menschen nicht überschritten wird. Auch 42

Aufmerksam verfolgte Kienle deshalb, wie Stevia weltweit Fuss fasst – wenn auch zögerlich: In Japan wurde Stevia zulassungsfrei als Naturstoff zugelassen. Brasilien folgte in den 80er-Jahren – auch ohne gesundheitliche Studien. Seit 1994 gibt es in den USA eine Sonderregelung. 2008 war die Schweiz erster europäischer Staat, der Steviolglykoside im Handel erlaubte. Dass die EU-Zulassung erst jetzt kommt, beurteilt Kienle dennoch positiv: «Wenn es um menschliche Gesundheit geht, hat die EU zu Recht hohe Hürden gesetzt. Deshalb waren viele Studien nötig, um so eine Zulassung zu bekommen.» Lebensmittelkonzerne seien vor dem Dilemma gestanden, dass diese Studien kompliziert und kostspielig seien. «Gleichzeitig lässt sich das Endprodukt nicht patentieren, weil es natürlichen Ursprungs ist. Das hat viele abgeschreckt.» Erste Studien aus den

80er-Jahren, die eventuelle Probleme für die menschliche Gesundheit suggerierten, seien auch nicht hilfreich gewesen.

Absage an Verschwörungstheorien Eine Absage erteilt Kienle gängigen Verschwörungstheorien, wonach eine mächtige Lobby den Süssstoff verhindern wollte. «Mein Eindruck ist, dass das Gerücht von Menschen stammt, die Stevia-Produkte illegal verkaufen. Mit einem Feindbild wie der Zuckerlobby lässt sich da mehr Geld machen.» Tatsächlich blühe auch in Deutschland der Handel mit Produkten, die offiziell als Badezusatz oder Kosmetika deklariert seien. «Lange Zeit hat einfach ein grosses Unternehmen gefehlt, das das Produkt auf den Markt bringt. Jetzt ist der Coca-Cola-Lieferant Cargill aufgesprungen und hat das Projekt gestartet. Das könnte der Durchbruch sein», meint Kienle.

Entwicklungsbedarf in der Lebensmittelindustrie Die 100-Prozent-Stevia-Limo dürfte es trotzdem so schnell noch nicht geben. «Mit den Vorgaben der EU können seit Dezember maximal 30 Prozent des Zuckers ersetzt werden.» Ausserdem gäbe es in der Lebensmittelindustrie noch enormen Entwicklungsbedarf. «Die Herstellungsverfahren der Steviolglykoside sind noch nicht einheitlich genug. Jeder Hersteller macht es etwas anders und jedes Mal schmeckt der Stoff etwas anders. Das Problem ist, dass sie nicht jedem gleich schmeckt – und nicht mit jedem Produkt harmoniert.» 1–2/2012

rebaudiana einen wunderbaren süssen Geschmack. «Ich habe sie schon öfter probiert und finde es fantastisch! Das ist ein Geschmack, den man nie wieder vergisst.» Quelle: Universität Hohenheim

Bild 2. Strukturformel von Steviosid, dem Hauptinhaltsstoff von Stevia.

Dies hat Folgen in der Verbraucherakzeptanz hat. «Bei Studien mit verschiedenen Produkten hat ein Viertel der Tester alle Varianten abgelehnt. Ein weiteres Viertel war mit allen Produkten zufrieden. Die Hälfte aber unterschied sehr stark zwischen verschiedenen Produkten: Die Urteile reichten von sehr gut bis sehr schlecht.» Für den Experten selbst steht das persönliche Urteil fest: Im Vergleich zu den Steviolglykoside haben die Blätter von Stevia

Buchtipp Udo Kienle, «Stevia rebaudiana – Der Zucker des 21. Jahrhunderts», Spurbuchverlag, 2011, Hardcover mit zahlreichen Farbabbildungen, 184 Seiten, ISBN-Nummer: 978-3-88778-356-3 Kontakt Dr. Udo Kienle Universität Hohenheim Institut für Agrartechnik Garbenstrasse 9 D-70599 Stuttgart Telefon +49 (0)711 459 22845 u-kienle@uni-hohenheim.de www.uni-hohenheim.de

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Bild 1. Ein Streifen des Materials wird in einem Ofen verformt. Die Torsionsspannung, die das Material erfährt, ist leicht durch die helle Farben im polarisierten Licht zu erkennen. Diese Farbe verschwindet einige Minuten nach dem Aufwärmen: Das Material hat dauerhaft eine neue Form angenommen.

In verschiedenen Industriezweigen, wie der Luftfahrt- und Sporttechnik, im Bauwesen, in der Automobil- oder Elektronikbranche müssen metallische Bauteile durch leichtere und genauso leistungsfähige Werkstoffe ersetzt werden. Aufgrund ihrer sehr guten mechanischen, thermischen und chemischen Festigkeitseigenschaften eignen sich die auf Duroplasten basierten Verbundwerkstoffe derzeit am besten für diesen Zweck. Sind diese Verbundwerkstoffe jedoch erst einmal gehärtet, können sie nicht mehr umgeformt werden. Anders Glas (Siliciumdioxid): Sobald es erwärmt wird, geht es schrittweise vom festen in den flüssigen Zustand über (Glasschmelze), was eine beliebige Verformung ohne Verwendung von Gussformen ermöglicht. Diese Gläser sind spröde und besitzen eine hohe Dichte. Schwierige Kombination In der Praxis sind die vorteilhaften Eigenschaften der auf Duroplasten basierten Verbundwerkstoffe und von Glas schwierig zu kombinieren. Ein Forscherteam vom Labor für Weiche Materie und Chemie (CNRS/ ESPCI Paristech) hat eine neue Werkstoffklasse entwickelt, die leicht, unlöslich, schwer zerbrechlich, recycelbar und reparabel ist und sich gleichzeitig bei hohen Temperaturen reversibel und beliebig umformen lässt. Darüber hinaus sind diese Werkstoffe günstig und einfach herzustellen. 44

Bilder: CNRS/ESPCI/Cyril Frésillon

Ein Material, das sich wie Glas durch Schmelzen umformen lässt

Bild 2. Gestaltung eines Objekts mit komplexer Form.

Bei der Entwicklung des organischen Werkstoffs haben sich die Forscher auf bereits in der Industrie eingesetzte Materialien wie Epoxidharze, Härtemittel und Katalysatoren gestützt. Der Werkstoff besteht aus einem molekularen Netzwerk, das sich bei Erwärmung wieder neu anordnen kann, ohne die Anzahl seiner Atomverbindungen zu verändern. Bei Raumtemperatur sieht dieser Werkstoff je nach Zusammensetzung ent-

weder wie ein harter oder wie ein weicher elastischer Festkörper aus. Als Ausgangsbasis für Verbundwerkstoffe könnte dieses neue Material eine greifbare Alternative zu metallischen Werkstoffen darstellen und in verschiedenen Bereichen, wie der Elektronik, der Luftfahrt, dem Automobil- oder Bauwesen Anwendung finden. Darüber hinaus liefern diese in «Science» veröffentlichen Ergebnisse neue Erkenntnisse zu grundlegenden Fragestellungen der Physik der Glasumwandlung. Quelle: Französische Botschaft in Deutschland/CNRS

Bild 3. Verschiedene mögliche Formen des Materials.

Originalpublikation Damien Montarnal, Mathieu Capelot, François Tournilhac, and Ludwik Leibler, «Silica-Like Malleable Materials from Permanent Organic Networks», Science 334 [6058], 965–968 (2011). 1–2/2012

WERKSTOFFE

Europäischen Nachhaltigkeitsinitiative VinylPlusG

PVC-Recycling heute und morgen

Zum Auftakt der Veranstaltung stellte Ronald Claus, Geschäftsführer der Tönsmeier Gruppe, sowohl erfolgreiches Recycling in seinem Unternehmen, als auch Möglichkeiten vor, wie Recyclingmengen – nicht nur in Deutschland – künftig noch weiter gesteigert werden können. «Die deutsche Industrie- und Kreislaufwirtschaft prägt den fortgeschrittenen internationalen Stand hinsichtlich anteiliger Mengen und Qualität der eingesetzten Sekundärrohstoffe. Die Nutzung fortgeschrittener Erfassungssysteme und Aufbereitungstechnologien gepaart mit optimalen Rahmenbedingungen und Spielregeln bieten beste Voraussetzungen für massives weiteres nationales und internationales Wachstum auf diesem Gebiet», so Claus. «Nachhaltigkeit ist unser Ziel. Der Weg zur Nachhaltigkeit ist eine lange und manchmal auch schwierige Reise. Wir als PVC-Industrie haben uns als Vinyl 2010 auf den Weg gemacht und werden ihn als VinylPlus konsequent weitergehen», betonte Josef Ertl, Geschäftsführer der Vinnolit GmbH & Co. KG. In seinem Vortrag ging der ehemalige Vorsitzende von VinylPlus auf die Ziele der europäischen Nachhaltigkeitsinitiative ein und stellte die erste Erfolge der freiwilligen Selbstverpflichtung vor. Über die Ziele der Profilhersteller sprach Michael Stöger, Sprecher des Beirates der Rewindo Fenster-Recycling-Service GmbH und Mitglied des Vorstands der Deceuninck Gruppe: «Das Rewindo-System ist ein Erfolgsmodell, das gezeigt hat, dass ClosedLoop-Recycling von Altfenstern aus PVC machbar und wirtschaftlich darstellbar ist. Die gewonnenen Erfahrungen wird Rewindo in die Zielerreichung von VinylPlus aktiv einbringen.» Auch Werner Preusker ist von der nachhaltigen Entwicklung der gesamten PVC-Wert1–2/2012

Bild: AGPU

Die europäische PVC-Industrie kündigte am 22. Juni 2011 ehrgeizige Ziele für die nachhaltige Entwicklung bis zum Jahr 2020 an. Knapp ein halbes Jahr später zog die deutsche PVC-Branche eine erste Zwischenbilanz. Beim hochkarätig besetzten Round-Table-Gespräch am 24. und 25. November 2011 auf der Wartburg in Eisenach diskutierten PVC-Rohstoffhersteller, Recyclingunternehmen und Medienvertreter auf Einladung der AGPU (Arbeitsgemeinschaft PVC und Umwelt e.V.) über PVC-Recyclingthemen von heute und morgen.

Bild 1. Die Recyclingmengen können auch bei PVC weiter gesteigerte werden.

schöpfungskette überzeugt. «Über 80 Prozent der PVC-Abfälle in Deutschland stammen aus dem produzierenden Gewerbe. Deshalb besteht der Weg zur Steigerung der Recycling-Menge darin, die PVC-verarbeitenden und weiterverarbeitenden Unternehmen sowie die mehr als 60 spezialisierten Recycler enger zu vernetzen», so der AGPU-Geschäftsführer. Darin hat die AGPU, die Nachhaltigkeitsexperten der PVCIndustrie in Deutschland, seit über 20 Jahren Erfahrung und konnte in dieser Zeit sowohl Erfolge erzielen als auch Stolpersteine meistern.»

Über die AGPU Über 60 Unternehmen der PVC-Wertschöpfungskette – vom Salz über Herstellung der Rohstoffe, Verarbeitung bis zum Recycling – unterstützen durch ihre Mitgliedschaft die Ziele der AGPU (Arbeitsgemeinschaft PVC und Umwelt e. V.). Als Servicepartner berät sie ihre Mitgliedsunternehmen bei den Themen Umwelt, nachhaltige Entwick-

lung und Verbraucherschutz. Sie führt den Dialog mit Entscheidern aus Politik, Wirtschaft, Handel und NGO. Die AGPU sammelt und verdichtet Informationen aus den genannten Bereichen und stellt sie sowohl für Mitgliedsunternehmen als auch für externe Entscheider zielgruppengerecht bereit. Sie bündelt und vertritt die Interessen der deutschen PVC-Branche gegenüber Organisationen dieser Industrie in Deutschland und in Brüssel. Ziel ist es, den Werkstoff PVC bei den Entscheidern sachgerecht zu positionieren und damit das Vertrauen bei den Zielgruppen zu stärken. Quelle: AGPU Kontakt Werner Preusker Geschäftsführer Arbeitsgemeinschaft PVC und Umwelt e. V. Am Hofgarten 1-2 D-53113 Bonn Telefon +49 (0)228 917 830 agpu@agpu.com www.agpu.com 45

U M W E LT

Wachsende Biodiversität beim Plankton

Den Kleinsten gefällts wieder im Zürichsee Während andernorts das Artensterben beschleunigt abläuft, begünstigen die erfolgreiche Bekämpfung der Überdüngung und steigende Temperaturen im Zürichsee seit den 1970er-Jahren offenbar eine wachsende Biodiversität beim Plankton. Ob sich das langfristig auch positiv auf die Fischvielfalt auswirken wird, ist offen. Genau unter Beobachtung stehen die neuen Arten bei der Wasserversorgung, denn unter ihnen sind auch Organismen, die giftige Stoffe produzieren können.

Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift «Oikos» publiziert. Fanden sich in den 1970er-Jahren noch rund 40 Phyto- und nur gerade 7 Zooplanktonarten, so waren es 2008 über 100 pflanzliche und 15 tierische Arten.

Bild 1: Anzahl der Phyto- und Zooplanktonarten im Zürichsee von 1977–2008, gleitender Mittelwert über 5 Jahre.

Ausserordentlich viele Daten Möglich gemacht hat die Untersuchung eine aussergewöhnlich lange Reihe von chemischen, physikalischen und biologischen Daten, welche die WVZ seit 1977 über der

Bilder: Eawag

Sowohl die Menge als auch die Vielfalt an pflanzlichem und tierischem Plankton im Zürichsee sind in den letzten 30 Jahren gestiegen. Das hat eine Forschergruppe der Eawag zusammen mit Fachleuten der Wasserversorgung Zürich (WVZ) nachgewiesen.

Parallel zum Anstieg der Biodiversität dieser schwebenden, kleinsten Organismen im See wuchs auch ihre totale Biomasse. Vermutlich sind heute mehr Arten tolerant gegenüber der nährstoffarmen Situation und profitieren auch in grösseren Seetiefen von den wärmeren Temperaturen, während sich früher das Algenwachstum auf die obersten Schichten beschränkt hat (Bild 1).

tiefsten Stelle im See erfasst. In 14 Tiefen von der Oberfläche bis 135 m werden unter anderem regelmässig Temperaturen, pH-, Phosphor-, Stickstoff- und Lichtwerte gemessen. Dazu werden Proben von Phyto- und Zooplankton ausgezählt, analysiert und klassiert. Mit aufwendigen statistischen Methoden haben die Wissenschafter jetzt die Daten ausgewertet und die treibenden Faktoren hinter dem Resultat eruiert. Charakteristisch für den zeitlichen Verlauf seit 1977 sind vor allem eine leichte aber stetige Zunahme der Wassertemperaturen (um rund 0,2 °C) und eine deutliche Abnahme der Phosphorkonzentrationen (von rund 90 auf 20 µg Phosphat-P/Liter). Zudem schwanken die Phosphorkonzentrationen heute über die Saison hinweg weniger als früher; ihre Bandbreite ist aber über verschiedene Seetiefen grösser geworden. All diese Befunde haben die steigende Artenvielfalt des Phytoplanktons begünstigt

Bild 2. Als Plankton wird das kleinste pflanzliche und tierische Leben im freien Wasser bezeichnet. Seine Vielfalt in Schweizer Seen ist riesig.

1–2/2012

U M W E LT

und zu stabileren Populationen geführt als noch vor 30 Jahren. Laut Projektleiter Francesco Pomati sind – vereinfacht gesagt – im See mehr ökologische Nischen entstanden, in welchen auch konkurrenzschwächere Organismen Raum, Licht und Nahrung zum Überleben finden. Die grössere Artenvielfalt des pflanzlichen Planktons hat dann ihrerseits die wachsende Artenzahl beim Zooplankton (das sich vom Phytoplankton ernährt) gefördert. Dies obwohl steigende Wassertemperarturen eher zu einer Abnahme der Biodiversität beim Zooplankton führen.

Profiteurin Burgunderblutalge «Die Klimaerwärmung und die erfolgreiche Bekämpfung der Überdüngung führen zu mehr Variation über die ganze Seetiefe. Das erlaubt mehr Arten ein Nebeneinander», sagt Pomati. Der Gewässerbiologe ist überzeugt, dass die Resultate aus dem Zürichsee auch für andere, ähnlich tiefe Seen Gültig-

keit haben. «Und sicher wird unsere Arbeit die Diskussion über nachteilige Effekte der vom Menschen verursachten Umweltveränderungen bereichern», sagt er. Unter den Profiteuren der veränderten Verhältnisse sind auch Arten, die nicht von allen gern gesehen werden, zum Beispiel die Burgunderblutalge Planktothrix rubescens, die toxische Microzystine produzieren kann. Diesem Cyanobakterium kommt die stabilere thermische Schichtung des Sees und die Versorgung mit Phosphat in tieferen Wasserschichten zu gute. Seine Zunahme wird von der Wasserversorgung Zürich speziell überwacht. «Wir beobachten die Entwicklung sehr genau, besonders in denjenigen Tiefen, wo Seewasser für die Wasserversorgung angesaugt wird», sagt der Mikrobiologe Oliver Köster von der WVZ. Grund zur Beunruhigung gibt es aber für die Konsumentinnen und Konsumenten sicher nicht, denn schon heute sorgen Filter- und Oxidationsmittel wie Ozon bei der

Seewasseraufbereitung zuverlässig dafür, dass die Organismen und ihre toxischen Inhaltsstoffe nicht in die Zürcher Wasserleitungen gelangen. Quelle: Eawag Originalpublikation Francesco Pomati, Blake Matthews, Jukka Jokela, Andrea Schildknecht and Bas W. Ibelings, «Effects of re-oligotrophication and climate warming on plankton richness and community stability in a deep mesotrophic lake», Oikos, Article first published online: 29 nov 2011 doi: 10.1111/j.1600-0706.2011.20055.x Kontakt Dr. Francesco Pomati Eawag, Aquatische Ökologie Überlandstrasse 133 CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 54 10 francesco.pomati@eawag.ch www.eawag.ch

Mikroorganismen fressen das Treibhausgas Methan

Abfallentsorgung wird klimafreundlicher Kohlendioxid ist zum Synonym für den Klimawandel geworden, über das 25-mal treibhauswirksamere Methan wird hingegen selten gesprochen. Nach der Landwirtschaft sind Abfalldeponien die grösste von Menschen produzierte Methanquelle. Eine Biologin der Technischen Universität Darmstadt hat in einem Verbundprojekt einen Weg gefunden, solche Methanemissionen aus Deponien drastisch zu reduzieren.

Bild: Institut IWAR

«Bei Deponieabschluss werden Erdmaterialien zum Schutz vor Emissionen aufgebracht, in denen sich dann auf ganz natürliche Art Methan konsumierende Bakterien ansiedeln. Allerdings werden Deponien üblicherweise mit den Materialien abgedeckt, die vor Ort eben zur Verfügung stehen, ohne ihre Eignung für den Methanabbau zu überprüfen», moniert Sonja Bohn vom Fachgebiet Abfalltechnik der TU Darmstadt.

Bild 1. Durch Bakterien lassen sich Methanemissionen aus Deponien künftig stark reduzieren.

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Die Biologin hat im Rahmen des Verbundprojektes MiMethox erstmals untersucht, wie man die seit Jahrzehnten bekannten Bakterien in lange vor 1970 geschlossenen 47

U M W E LT

Bild: Sonja Bohn/IWAR

Altdeponien bei ihrer FresstĂ¤tigkeit unterstĂźtzen kann. ÂŤIndem wir angepasste Abdeckschichten mit den jeweils optimalen Materialmischungen verwenden, kĂśnnen wir den Methanabbau durch Bakterien im besten Fall auf 100 Prozent steigern, und dies ganz ohne GentechnologieÂť, berichtet die Biologin.

Die richtige Mischung machts Welche Materialien sich hierfĂźr optimal eignen und wie der Aufbau aussehen sollte, hat das MiMethox-Team erforscht. Die Ergebnisse der vom Bundesministerium fĂźr Bildung und Forschung gefĂśrderten Versuche werden im laufenden Jahr in zwei LeitfĂ¤den verĂśffentlicht, die dann den Deponiebetreibern fĂźr ihre Arbeit zur VerfĂźgung stehen werden. WĂ¤hrend die Verbundpartner der UniversitĂ¤t Hamburg und der TU Hamburg-Harburg sowie das IngenieurbĂźro melchior + wittpohl die Gegebenheiten an stillgelegten Altdeponien in Norddeutschland charakterisiert haben, hat die DarmstĂ¤dter Biologin ihre Untersuchungen auf einer modernen Deponie durchgefĂźhrt, auf der vorbehandelte AbfĂ¤lle aus Haushalten und Kleinindustrien noch aktiv abgelagert werden. ÂŤBĂśden bestehen aus Sand, Ton und Schluff. Wie effektiv Mikroorganismen Methan abbauen, hĂ¤ngt dabei stark von der richtigen Mischung der einzelnen Bestandteile ab, die einen wesentlichen Einfluss hat auf Umweltbedingungen wie Sauerstoffdurchdringung, Temperatur, Bodenbeschaffenheit und WasserhaushaltÂť, erlĂ¤utert Bohn. BĂśden mit einem hohen Feinkornanteil etwa haben eine nur geringe LuftkapazitĂ¤t, was fĂźr die Arbeit der Mikroorganismen ungĂźnstig ist. Eine Zumischung von Sand verbessert die DurchlĂźftung deutlich und sorgt damit fĂźr einen effektiven Abbau von Methangas. ÂŤMan sollte darauf achten, dass

Bild 2. Aus MĂźlldeponien entweicht das extrem klimaschĂ¤dliche Methan. Nicht immer lĂ¤sst es sich in Gaserfassungssystemen abfangen und zur Energiegewinnung nutzen. Durch Abdeckung mit spezifisch angepassten Erdmaterialien kann die Emission von Methan jedoch um bis zu 100 Prozent reduziert werden. Dabei bauen natĂźrlich vorkommende Bakterien das Treibhausgas mithilfe von Sauerstoff in das wesentlich ungefĂ¤hrlichere Kohlendioxid und Wasser um.

mindestens 14 Prozent der HohlrĂ¤ume im Erdreich mit Luft gefĂźllt sind.Âť

Gas entweicht aus Hotspots Doch selbst wenn eine Deponie gĂ¤nzlich mit einer optimalen Erdmischung bedeckt ist, kann Gas entweichen. Das passiert allerdings nicht flĂ¤chig, wie das MiMethox-Team herausgefunden hat, sondern Ăźber sehr kleine Stellen in der Abdeckschicht. ÂŤDie sind oft nur wenige Zentimeter gross, sodass sie bei den grossmaschigen Kontrollen der Deponien hĂ¤ufig Ăźbersehen werden â&#x20AC;&#x201C; zumal nicht vorhersehbar ist, wo und wann sie auftretenÂť, weiss Bohn. ÂŤDas heisst, oft wird gar nicht bemerkt, dass noch relevante Mengen an Gas entweichen.Âť Diese als ÂŤHotspotsÂť bezeichneten Stellen entstehen durch Austrocknungsrisse in der Abdeckungsschicht, durch im Boden wĂźhlende Tiere oder auch durch unsachgemĂ¤sses Aufbringen etwa von nicht homogenen Abdeckungsmaterialien.

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FĂźr eine Hotspot-Sanierung muss der lokal konzentrierte Gasstrom auf eine grĂśssere FlĂ¤che verteilt werden, damit die Bakterien lĂ¤nger in Kontakt mit dem Gas sind. Das Einbringen einer Kiesschicht kann da unter UmstĂ¤nden schon ausreichen. Wenn die neuen LeitfĂ¤den erschienen sind, werden Deponiebetreiber auch nachlesen kĂśnnen, wie sich entweichendes Methan messen und Hotspots beseitigen lassen. Quelle: Technische UniversitĂ¤t Darmstadt

Kontakt Dipl.-Biol. Sonja Bohn Technische UniversitĂ¤t Darmstadt Petersenstrasse 13 D-64287 Darmstadt Telefon +49 (0)61 51 16 49 01 s.bohn@iwar.tu-darmstadt.de www.iwar.tu-darmstadt.de

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1â&#x20AC;&#x201C;2/2012

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

Veranstaltungen APRIL 2012 02.–04.04.

Kurs: NMR-Spektrenauswertung 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

16.–20.04.

11th World Filtration Congress Ort: A-Graz Organising Secretariat: Filtech Exhibitions PO Box 12 25, D-40637 Meerbusch Telefon +49 (0)2132 93 57 60, info@wfc11.at

17./18.04.

Kurs: Kapillargaschromatographie: Optimierung und spezielle Problemlösungen Ort: D-Neu-Ulm 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

17.–20.04.

Messe: Analytica Ort: D-81823 München Veranstalter: Messe München GmbH Messegelände, D-81823 München Telefon +49 (0)89 949 20720 www.analytica.de, info@analytica.de

18.04.

Seminarspecial: Von der chemischen Struktur zur HPLC-Methode Ort: D-81823 München Veranstalter: Novia GmbH, Industriepark Höchst Gebäude B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

18./19.04.

Kurs: Dünnschichtchromatographie: Einführung in die moderne Technik Ort: CH-Muttenz Organisation: Sekretariat Weiterbildung SCG/DAC, c/o Eawag Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf Telefon +41 (0)58 765 52 00 verena.schmid@eawag.ch, www.sach.ch

19.04.

Kurs: Messunsicherheit in der Analytik Ort: CH-8600 Dübendorf Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

19./20.04.

Seminar: Chemische Reaktionstechnik Ort: D-45127 Essen Veranstalter: Haus Der Technik e. V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 1803 1 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

1–2/2012

24.04.

Kurs: Wasser – ein komplexes Problem im Produktionsalltag 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

24./25.04.

Technikforum: Effiziente Energienutzung in der Chemieindustrie Ort: D-65929 Frankfurt Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH Postfach 10 11 39, D-40002 Düsseldorf Telefon +49 (0)211 6214 201 www.vdi-wissensforum.de, wissensforum@vdi.de

24./25.04.

Seminar: Volumetrische Titration Ort: D-65926 Frankfurt am Main Veranstalter: Novia GmbH, Industriepark Höchst Gebäude B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

25./26.04.

GC-Basiskurs Ort: D-65812 Bad Soden am Taunus Veranstalter: Novia GmbH, Industriepark Höchst Gebäude B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

26.04.

Seminar: Grundlagen der Reinigungsvalidierung im analytischen Labor Ort: D-65812 Bad Soden am Taunus Veranstalter: Novia GmbH, Industriepark Höchst Gebäude B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

26./27.04.

Kurs: Grundlagen und Anwendungen der Chromatographie-Massenspektrometrie 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

26.–28.04.

Messe: austropharm Ort: A-1020 Wien Veranstalter: Reed Messe Salzburg GmbH Am Messezentrum 6, A-5021 Salzburg Telefon +43 (0)662 4477 0 www.messe.at, info@reedexpo.at

30.04.

Seminar: Immunoassays: Anwendung & Troubleshooting von Elisa & Co. Ort: D-65812 Bad Soden am Taunus Veranstalter: Novia GmbH, Industriepark Höchst Gebäude B 845, D-65926 Frankfurt Telefon +49 (0)69 305 12020 www.novia.de, info@novia.de

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

Labotec Suisse 2012 in Basel

Labotec profitiert von positiver Stimmungslage Am 9. und 10. Mai wird in Basel die Labotec Suisse 2012 stattfinden. Veranstalterin ist die easyFairs Switzerland, die im vergangenen Jahr die «Messe für pharmazeutische und chemische Industrie und den Lebensmittelsektor» in Genf aus der Taufe hob. Christian Rudin, Managing Director von easyFairs Switzerland, informierte über das erfolgreiche Messekonzept aus Belgien. Er ist zuversichtlich, dass auch die Labotec Suisse 2012 zu einem Erfolg werden wird – trotz Analytica 2012 und Achema 2012.

Am 8. und 9. Juni 2011 fand in Genf die Labotec Suisse 2011 statt. Sowohl von Ausstellern als auch von mir wurde Kritik an gewissen Aspekten der erstmals von easyFairs durchgeführten Veranstaltung geäussert. Es überrascht jedoch nicht, dass sich die Veranstalter befriedigt über den Verlauf der Messe zeigten (siehe «ChemieXtra», Heft 7/8, Seiten 59–61, 2011). Am 9. und 10. Mai in Basel wird die Labotec Suisse 2012 stattfinden – ein Grund, um sich mit Christian Rudin, Managing Director von easyFairs Switzerland, über das den zahlreichen Messen von easyFairs zugrunde liegenden Konzept im Allgemeinen und die Labotec Suisse im Besonderen zu unterhalten.

Eine Mutter in Belgien Artexis ist die belgische Marktführerin im Management von Ausstellunghallen und Konferenzzentren sowie in der Organisation von Geschäftsmessen. Anfangs dieses Jahrhunderts begegnete Artexis immer mehr Widerstände beim Akquirieren von Ausstellern. Potenzielle Aussteller argumentierten, die Veranstaltungen seien zu teuer, zu aufwendig. Rudin stellt fest: «Das Informationsverhalten der Firmen hat sich tatsächlich verändert. Nahm der Konstrukteur vor 10, 15 Jahren noch einen Messekatalog hervor, um Produkte zu suchen, geht er heute ins Internet. Der Informationsfluss hat sich verändert. Deshalb sagten sich die zuständigen Leute bei Artexis, die Messelandschaft und damit das Messeangebot müssten sich ebenfalls verändern.» Bei Artexis reagierte man mit der Gründung von easyFairs in Jahr 2004. Ziel war es, alles zu redimensionieren und gleichzeitig 50

einen Marktplatz zu schaffen, wo einfach Geschäfte gemacht werden können. Die einzelnen Messen sollten nur noch zwei Tage dauern, den Ausstellern würden Modulstände zur Verfügung gestellt – und alles sollte nicht mehr als eine einseitige Anzeige in einer Fachzeitschrift kosten. Das neue Konzept hat sich durchgesetzt, werden doch bereits um die 100 Messen in Belgien, Deutschland, Österreich, den Niederlanden, Russland, Schweden und der Schweiz sowie in acht weiteren Ländern nach ihm veranstaltet.

Eine Tochter in der Schweiz In der Schweiz fand die erste easyFairsMesse im Jahr 2006 in Luzern statt: Die 60 Aussteller der Verpackungsmesse konnten insgesamt 1400 Besucher begrüssen. «Da haben wir gemerkt, dass das Konzept sehr gut zur Schweiz passt. Die Kleinräumigkeit macht es einfach», sagt Rudin. Rudin war damals allerdings noch bei MCH Messe Schweiz angestellt. Er betreute die Ineltec und die go als Messeleiter. Seit 2007 ist er Managing Director von easyFairs Switzerland, für die gegenwärtig 23 Leute tätig sind; vor drei Jahren waren es lediglich fünf. Aktuell verfügt die 100-prozentige Tochtergesellschaft von Artexis über ein Portfolio von 10 Messen (siehe Kasten). «Wir sind überzeugt, dass der Aussteller jedes Jahr auf den Kundenkontakt angewiesen ist, er braucht ein Event, zu dem er seine Kunden einladen kann», sagt Rudin. Die easyFairs-Messen werden denn auch in der Regel alljährlich durchgeführt. Ziel ist es, pro Jahr zwei neue Messen zu lancieren und die bestehenden Messen wachsen zu lassen. «Flaggschiff» in der Schweiz ist aktuell die Verpackungsmesse. Rund 240

Bild: easyFairs

Kurt Hermann

Bild 1. Christian Rudin, Managing Director von easyFairs Switzerland, sieht zuversichtlich in die Zukunft.

Aussteller haben sich für die nächste Veranstaltung am 24. und 25. April in Zürich angemeldet. Doch auch bei den übrigen Messen stellt Rudin einen Aufwärtstrend fest. Er bekräftigt: «Ich bin absolut erfreut, wie es jetzt läuft.»

Die Labotec Suisse 2012 Die Labotec Suisse 2011 war die erste easyFairs-Messe in der Romandie, wo wenig technische Fachmessen durchgeführt werden. Rudin glaubt an ihre Chance: «Es besteht ein grosses Bedürfnis vonseiten Deutschschweizer Firmen, in der Romandie etwas zu machen. Jeder, der hier bereits einmal Geschäfte gemacht hat weiss, dass Geschäfte machen in der Romandie teuer 1–2/2012

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

Die Schweizer easyFairs-Messen ■ Automation Schweiz 2012 Messe der Automationsbranche 25.–26. Januar 2012 in Winterthur ■ Maintenance Schweiz 2012 Messe für Instandhaltung und Facility Management 08.–09. Februar 2012 in Zürich

■ Labotec Suisse 2012 Messe für die pharmazeutische und chemische Industrie und den Lebensmittelsektor 09.–10. Mai 2012 in Basel ■ Recycling Technologies Schweiz 2012 Fachmesse für die Abfallund Entsorgungswirtschaft 23.–24. Mai 2012 in Basel ■ Schüttgut Schweiz 2012 Messe für Schüttguttechnologien in der verarbeitenden Industrie 23.–24. Mai 2012 Basel ■ Garage Schweiz 2012 B2B-Fachmesse für die Werkstattbranche 27.–28. Juni 2012 Zürich ■ Fracht 2012 Messe für den intermodalen Transport und Speditionsdienstleistungen 19.–20. September 2012 Winterthur ■ Print und Publishing Schweiz 2012 Fachmesse für Print, Grafik und Crossmedia-Publishing 10.–11. Oktober 2012 Zürich ■ Logistik Schweiz 2013 Messe für Material- und Intralogistik 18.–19. September 2013 in Bern

ist: Man benötigt eine separate Organisation, Übersetzungen, spezielles Personal. Kundenkontakte sind einfach teurer als in der Deutschschweiz.» Die nächste Labotec wird 2013 in Genf stattfinden, denn es ist geplant, die Messe 1–2/2012

Bild: Kurt Hermann

■ Verpackung Schweiz 2012 Messe für Verpackungslösungen, Prozesse & Design 24.–25. April 2012 in Zürich

Bild 2. Labotec Suisse 2011 in Genf.

alternierend in der welschen und in der deutschen Schweiz durchzuführen. Rudin verfügt bereits über eine Liste von 50 Ausstellern, die 2013 wieder dabei sein wollen. Die Erfahrungen, die in Genf gemacht wurden, sollen in die Labotec Suisse 2012 einfliessen. Unter anderem sind – auch nach Rücksprache mit Ausstellern – die folgenden Verbesserungen geplant: • Qualität und Attraktivität der Learnshops erhöhen • Podiumsdiskussionen • Guided Tours zu gewissen Themenbereichen mit kompetenten Führern • Messedeals – die Möglichkeit, dem Zielpublikum besondere Attraktionen zu kommunizieren. Und selbstvertändlich müssen auch die Aussteller das Ihre tun, damit ihre Kunden und potenzielle Neukunden im Mai den Weg nach Basel finden werden. Nicht wenige Aussteller in Genf äusserten Zweifel darüber, dass die Labotec Suisse am 9. und 10. Mai in Basel erfolgreich sein werde, denn sie muss sich gleich gegenüber zwei etablierten Messen in Deutschland behaupten: der Analytica 2012 in München (17. bis 22. April) und der Achema 2012 in Frankfurt (18. bis 22. Juni). Rudin reagiert gelassen: «Es ist wichtig, dass wir unsere Schweizer Kunden auch in der Schweiz betreuen können. Ein Messebesuch in Deutschland erfordert einen Tag, zwei Tage. Wenn mir dies wert ist, reise ich nach Deutschland. Allerdings werden dabei Spesen von 1000 und mehr Franken ge-

neriert, etwas, was sich viele Unternehmen nicht mehr leisten können.» Anmeldungen zur Teilnahme an der Labotec Suisse 2012 sind bis kurz vor Messebeginn möglich. Bis Ende Januar konnten die Veranstalter gegen 90 Aussteller in den Bereichen Laborbedarf, Analytische Geräte und Verfahren, Mess- und Prüftechnik, Reinraumtechnik, Nanotechnologie, Laborinformatik, Biotechnologie/Diagnostik/Life Science sowie Medien und Verbände registrieren. Für 6500 Schweizerfranken erhalten diese einen komplett eingerichteten Stand mit zwölf Quadratmeter Fläche; grössere Stände sind bei entsprechenden Mehrkosten möglich. Das Basispaket beinhaltet den Standbau, eine Standblende mit Firmenname, einem Teppich und die tägliche Reinigung. Integriert ist auch das Online-tool «my easy Fairs», das eine kostenlose Präsentation des ausstellenden Unternehmens auf der Messe-Website, mit Produkte-News, Highlights, Messe-Specials, Pressemitteilungen, Bildern usw. ermöglicht. Zudem versprechen die Veranstalter «umfangreiche und zielgerichtete Werbemassnahmen» in Zusammenarbeit «mit den wichtigsten Fachmagazinen und Verbänden der Branche». Kontakt easyFairs Switzerland GmbH Utengasse 44 CH-4058 Basel Telefon +41 (0)61 228 10 00 schweiz@easyfairs.com www.easyFairs.com/schweiz 51

Bild 1. Nicht überall war so viel los wie auf dem Stand der Hatag Handel und Technik AG, Bolligen.

Die Schweizer Kunstststoffbranche in Luzern Vom 17. bis 19. März war Luzern das Zentrum der Schweizer Kuststoffbranche. Grund dafür war die zum dritten Mal durchgeführte Swiss Plastics. 280 Aussteller präsentierten sich den 4500 Besucherinnen und Besuchern.

Bilder: Kurt Hermann

Zufrieden mit dem Verlauf der Messe zeigten sich die Veranstalter der dritten Swiss Plastics in Luzern in ihrem Schlusscommuniqué: «Die Swiss Plastics hat sich endgültig einen Platz unter den bedeutenden Kunststoffmessen gesichert. 280 Aussteller

oder 15 Prozent mehr als beim letzten Mal präsentierten bei der Messe Luzern ihre Produkte. 4500 Besucherinnen und Besucher suchten die Messehallen während den letzten drei Tagen auf, was einer Zunahme gegenüber 2010 von 10 Prozent entspricht. Der Anlass war reich an Höhepunkten. So zeigte Wilfried Haensel, Executive Director der europäischen Dachorganisation Plastics Europe, bei der Eröffnung auf, wie rasch Kunststoff Marktanteile gewinnt. Und am ‹Tag der Romandie› erklärte Regierungsrat Michel Probst, dass der Kanton Jura Firmen,

Bild 2. Erstmals auf einer Messe mit einem Stand vertreten: die im letzten Jahr gegründete Sigwerb GmbH. Verkaufsleiter Thomas Füglistaler unterhält sich mit Benjamina Perdedaj.

die in dieser Branche tätig sind, fördern will. Dies geschah an der Swiss Plastics mit einem Gemeinschaftsstand mit jurassischen Unternehmen. 37 Referenten vermittelten Fachwissen im Forum. Die drei Sonderschauen Kunststoffschweissen, Medizintechnik und Science Park zogen viel Publikum an. Die nächste Swiss Plastics wird im Januar 2014 statt finden.» Marianne Flury, Chefredaktorin von «KunststoffXtra», war während drei Tagen in Luzern unterwegs. Ihre Schlussfolgerungen: «Das Messeteam unter der Leitung von René Ziswiler hat alle Register gezogen, um 5000 Besucher an die Messe zu bringen. Dieses Ziel wurde mit 4500 Besuchern verfehlt. In qualitativer Hinsicht gibt es aber nichts zu bemängeln. Die Messe kann mit Attributen wie familiär, stimmungsvoll, fachlich hochstehend punkten, die früher einmal der Fakuma vorbehalten waren.» Flurys Gespräche mit den Aussteller ergaben ein weitgehend positives Bild der Messe. Ein Diskussionspunkt war der Turnus. Eine Mehrheit der Umfrageteilnehmer sprach sich dafür aus, dass die Swiss Plastics in einem Dreijahreszyklus im Jahr nach der Kunststoffmesse K stattfinden sollte. Kurt Hermann 1–2/2012

PRODUKTE

Disposable Tips offer enhanced pipetting flexibility

Tecan has launched a new generation of high quality MCA 384 Disposable Tips designed to optimize the performance and reliability of the versatile MultiChannel Arm

(MCA) 384 pipetting option on Freedom EVO workstations. The all new range of MCA 384 Disposable Tips has been extended to include a 15 µl tip size alongside the exist-

ing 50 µl and 125 µl sizes, providing high quality, reliable pipetting across a broad volume range. All MCA 384 Disposable Tips are now available in Tecan’s enhanced Tecan Pure and Tecan Sterile purity levels, with filtered versions of Tecan Sterile tips also available in all sizes. Tips are precision manufactured to deliver reliable 96- or 384-channel pipetting, as well as single row or column pipetting, and have a patented design which ensures high accuracy and low CVs even at low volumes, helping to save valuable reagents and reduce maintenance requirements. The new range offers maximum format flexibility, including the use of 1,536-well plates with 15 µl tips,

full depth access to 96 deep-well plates with 125 µl tips and use of typical 0.7 ml and 1.4 ml 96 storage tube formats, providing customers with a comprehensive solution to meet their automation needs. In addition, each product is supplied with a Certificate of Conformity (CoC) which ensures full traceability and guarantees that the product meets the stated specifications, helping to meet regulatory and quality documentation requirements. Tecan Trading AG Seestrasse 103 CH-8708 Männedorf Phone +41 (0)44 922 81 11 info@tecan.com, www.tecan.com

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1–2/2012

tung verschiedener Komponenten und ein Handling, das keine Fachkenntnisse oder lange Einarbeitung erfordert. Das Spektrometer entkompliziert die NIR-Analyse und bietet dadurch ein Höchstmass an Sicherheit in den Ergebnissen – und das exakt abgestimmt auf die Anwendung und die Anforderungen, die an ein effizientes Analysensystem gestellt werden. Für Flüssigkeiten oder für Feststoffe, als All-in-one-Gerät mit integriertem Rechner und Monitor oder als separate Analysenstation, zum Beispiel für den Anschluss an einen Laptop. Integriert in ein Netzwerk oder als Stand-alone-Lösung. Der Anwender erhält umfangreiche Kalibrationen zur Nutzung, Erweiterung oder auch Unterstützung bei der eigenen Kalibration.

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Statist. Versuchsplanung und Optimierung am PC Teil A: 24.–25.4.12: Grundbegriffe, Screening, Modellierung, faktorielle fraktionierte und Optimierungspläne, grafische Auswertung. Teil B: 12.–13.6.12: Optim. von mehreren Zielgrössen und von Mischverhältnissen, optimale Pläne, eigene spezifizierte Experimente.

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PRODUKTE

Universal einsetzbare Rheometer

Anton Paar präsentiert die dritte Generation der modularen Rheometer aus der MCR-Serie. Welche Anwendungslösung auch immer benötigt wird, die Anwender der Rheometer der MCR-Serie können sich darauf verlassen, dass das Rheometer alle bietet. Ob in der routinemässigen Qualitätskontrolle oder in der HighEnd-Forschung und -Entwicklung: Die Geschwindigkeit und die Präzision des dynamischen EC-Motors im Rheometersystem und zahlreiche Funktionalitäten überzeugen – und sorgen für eine bequeme Handhabung und verlässliche Ergebnisse. Rheologische Anforderungen sind immer im Fluss. Mit dem ihnen eigenen modularen Design haben sie eine starke Basis: Die neue Generation dynamischer Scherrheometer der MCR-Serie sind sogar den modernsten Versuchsanwendungen einen Schritt voraus. Die intuitive Software und die patentierte Funktionalitäten wie Toolmaster, das automatische Komponenten- und Konfigurationssystem garantieren einen reibungslosen modularen Betrieb: Ein Kegel-Platte- gegen ein Zylinder-Messsystem

auszutauschen ist genauso einfach wie eine neue Temperiereinheit einzubauen oder die Bandbreite der Versuchsmöglichkeiten mit verschiedenstem applikationsspezifi schem Zubehör zu erweitern. Die Platz sparenden Rheometer der MCR-Serie sind für die Praxis designt: Alle Komponenten sind in einem einfach installierbaren Gerät untergebracht, das leicht auf einem Standardlabortisch Platz findet. Das patentierte TruGap-System für eine automatische Spaltmessung, die T-Ready-Funktion zur Kontrolle der aktuellen Probentemperatur und natürlich die Geschwindigkeit und die Präzision des EC-Synchronmotors selbst – diese und andere Charakteristika der Rheometer der MCR-Serie sorgen für einen effizienten Ablauf der rheologischen Versuche. Die dritte Generation der Rheometer der MCR-Serie hat einiges zu bieten: bewährte, weiterentwickelte und brandneue technologische Highlights. Der luftgelagerte ECSynchronmotor, der dynamische, sich der Probe anpassende TruRate-Motorregler, der in das Luftlager integrierte patentierte Normalkraftsensor, die TruStrain-EchtzeitPositionssteuerung, die kontinuierlich verbesserte Elektronik und die zahlreichen weiteren Funktionen.

Anton Paar GmbH Anton-Paar-Strasse 20 A-8054 Graz Telefon +43 (0)316 257 1350 info.de@anton-paar.com www.anton-paar.com

Für jeden Einzelfall das passende Ex-sichere Telefon Das neue Ex-sichere Mobiltelefon Ex-Handy 07 von ecom instruments eignet sich für das sichere Telefonieren sowie Versenden von SMS und MMS in den Ex-Zonen 1 oder 21. Im Vergleich zum Vorgängermodell bietet es eine ganze Reihe neuer Funktionalitäten, wie zum Beispiel erweiterter Temperaturbereich, A-GPS, optionale Kamera mit LED-Blitz bzw. LED-Licht, E-MailClient (POP3/SMTP, IMAP4) oder Bluetooth 2.1 inklusive automatischem Telefonbuchabgleich. Zudem sind Office-Funktionalitäten integriert und auch eine Kontaktdaten- und Kalendersynchronisation mit MS Outlook ist möglich. Anwender können das Mobiltelefon flexibel entsprechend ihrer Anforderungen konfigurieren: mit oder ohne Kamera, Alleinarbeiterschutz und PTT (Push to talk), mit Akkukapazitäten für 4,5 oder 7 Stunden Sprechzeit (im energiehungrigen D-Netz) bzw. 250 oder 400 Stunden Standby und in verschiedenen Farben. Mit Schutzart IP67 und zulässigen Umgebungstemperaturen von –20 bis +55 °C ist auch das anspruchsvolle Industrieumfeld kein Problem für das Mobiltelefon. Dem internationalen Einsatz des Ex-Handy 07 steht sowohl aus technischer als auch aus rechtlicher Sicht nichts im Weg. So werden je nach Ausführung die Netze Triband GSM 900/1800/1900 MHz oder 850/ 1800/1900 MHz unterstützt. Zudem haben die Mobiltelefone eine Atex-, NEC- und IECEx-Zulassung, mit welcher die Handys je

nach Einsatzland gekennzeichnet sind. Ein Sprachpaket erlaubt die Bedienung des Mobiltelefons in vielen verschiedenen Sprachen. Um den neuesten Ex-Vorgaben gerecht zu werden, wurde das Lade- und Datenkabel mit Sicherheitselementen ausgestattet, die während des Ladens elektrische Schäden an der Ex-Schutzvorrichtung im Gerät vermeiden.

ten Ansprüche an Reinheit, was bei der FFKM-Herstellung essenziell ist. So kann zum Beispiel dank der konstanten Luftreinheit garantiert werden, dass auch das weisse Perfluor J-6100 immer in perfektem Zustand verarbeitet wird.

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1–2/2012

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Neue Norm für Staubexplosionsschutz schon umgesetzt

Als Erste auf dem Markt kann die Firma Rembe die EG-Baumusterprüfbescheinigung nach DIN EN 16009 für das Q-Rohr-3 vorweisen, das Schutzsystem zur flammenlosen Druckentlastung. Die Norm ist erst seit Oktober 2011 in Kraft. Sie legt für alle Hersteller standardisierte Anforderungen an Konstruktion, Inspektion, Kennzeichnung, Dokumentation und Verpackung fest und gilt für alle autonomen Schutzsysteme der flammenlosen Druckentlastung. Als Erfinder der flammenlosen Explosionsdruckentlastung hatten die Rembe-Ingenieure das Q-Rohr-3 so vorausschauend konstruiert, dass dieses alle Vorgaben der DIN

EN 16009 in verschiedenen Prüfszenarien erfüllt. «Mit der DIN EN 16009 wird dem Kunden ein weiteres Qualitätssiegel an die Hand gegeben. Die EG-Baumusterbescheinigung nach DIN EN 16009 sollte das wichtigste Kriterium bei der Auswahl eines Produktes zur flammenlosen Druckentlastung sein. Mit dieser Norm und den gestiegenen Anforderungen an die EG-Baumusterprüfung wird auf dem Markt momentan die Spreu vom Weizen getrennt», so Roland Bunse, Head of Explosion Protection Department bei Rembe. Das Q-Rohr-3 wird insbesondere zur flammenlosen Druckentlastung von staubexplosionsgefährdeten Anlagen in Innenräumen eingesetzt. Bei der Anbringung sind keine kostenintensiven Abblasekanäle erforderlich. Eine verfahrensoptimierte Aufstellung in unmittelbarer Nähe von Mensch und Maschine ist ebenso ein Vorteil wie die einfache optische Inspektion ohne regelmässige Wartungskosten. Paliwoda AG Im Chapf 2 CH-8703 Erlenbach Telefon +41 (0)44 910 50 05 info@paliwoda.ch www.paliwoda.ch

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lässt sich der Umgang mit Gefahrstoffen noch sicherer gestalten? Neben 10 000 praxisorientierte Produkten liefert Denios auf zahlreichen Extraseiten nützliche Tipps, Tricks und Wissenswertes rund um Sicherheit und betrieblichen Umweltschutz. Alle Infoseiten wurden auf den aktuellen Stand der schweizerischen Gesetzgebung angepasst. Parallel zum Katalog ist das gesamte Sortiment auch im Internet verfügbar.

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Bild: Martin Jansen (Senckenberg)

Bild 1. Auge in Auge mit einem nahen Verwandten des Gepunkteten Laubfroschs (Hysiboas punctatus).

Überraschende Artenvielfalt

Froschinventur in Bolivien Forscher des Senckenberg Forschungsinstituts und des Biodiversität und Klima Forschungszentrums Frankfurt (BiK-F) haben eine «integrative» Bestandesaufnahme von Fröschen im bolivianischen Tiefland durchgeführt. Neben klassischen Methoden wurden moderne Techniken wie DNA-Sequenzanalysen an erwachsenen Tieren und Kaulquappen sowie Bioakustik zur Bestimmung der Frösche genutzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Artenvielfalt der bolivianischen Frösche deutlich höher ist, als bisher angenommen.

Bolivien ist ein echter Hotspot für Frösche – bisher sind etwa 300 Arten im südamerikanischen Binnenstaat bekannt. Streift man während der Regenzeit durch die Feuchtgebiete der Savannen, schallen von überall die Rufe der Froschmännchen nach ihren Weibchen. Trotz der enormen Artenvielfalt ist die Region aber bisher wenig erforscht. Kaum verwunderlich ist es daher, dass die bolivianischen Frösche ein Forschungsschwerpunkt der Sektion Herpetologie am Senckenberg Forschungsinstitut in Frankfurt am Main sind. «In den Zeiten der schwindenden Artenvielfalt ist die Erfassung und Erhaltung des Lebens auf unserem Planeten das Hauptziel eines jeden Biologen» meint 1–2/2012

Martin Jansen, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung. «Wir wissen noch nicht, wie viele Tier- und Pflanzenarten auf unserer Erde leben. Viele Arten müssen erst noch beschrieben und wissenschaftlich benannt werden.» Frösche stellen hohe Ansprüche an ihren Lebensraum und sind deshalb ideale Bioindikatoren für Klimaveränderungen und den Wandel der regionalen Biodiversität.

Über 30 neue Froscharten entdeckt In einem für diesen Teil Südamerikas bisher einmaligen Inventarisierungsprojekt haben die Frankfurter Wissenschaftler in der soge-

nannten Chiquitano-Region über 30 potenziell neue Froscharten entdeckt. Für den Laien sehen sich viele dieser Frösche allerdings zum Verwechseln ähnlich. Wie also unterscheidet man Frösche, die sich nicht unterscheiden lassen? Das Team um Jansen wählte eine integrative Methode zur Bestandsaufnahme. Zunächst wurden charakteristische Arten fotografiert, Kaulquappen gesammelt und mithilfe von Mikrofonen und Aufnahmegeräten die Rufe der Männchen aufgezeichnet. Von allen Fröschen wurden ausserdem Gewebeproben entnommen und konserviert. Zurück in Frankfurt wurde das gesammelte Material in herkömmlicher Weise, also anhand morphologischer Merkmale 57

bestimmt. Wie lang sind die Finger der Frösche? Welche Beschaffenheit hat die Haut? Und wie unterscheiden sich die Kaulquappen? Dieser traditionellen Vorgehensweise folgte eine moderne: Der sogenannte «molekulare Barcode» der Frösche wurde im Laborzentrum des Biodiversität und Klima Forschungszentrums ermittelt. Hierzu wird das Erbgut der Tiere untersucht, um sie anhand von charakteristischen Sequenzen ihrer Erbinformation unterscheiden zu können. So bekommt jede Art ihren eigenen genetischen Identifizierungs-Code, vergleichbar mit dem Strichcode an der Supermarktkasse. Die Barcodes wurden untereinander und in der öffentlich zugänglichen Datenbank des International Consortium for the Barcode of Life verglichen. Eine Abweichung der Gensequenz bis zu einem Prozent deuten die Frankfurter Wissenschaftler als innerartliche Variation, ab etwa zwei bis drei Prozent kann es sich um eine andere Art handeln und ab sechs Prozent gilt dies als bewiesen. Auch das Erbgut der gesammelten Kaulquappen wurde analysiert; so konnten die Jungtiere den erwachsenen Fröschen zugeordnet werden und bei der Bestimmung der Froscharten helfen. Die so gewonnen Informationen über die Larvenstadien und deren Mikrolebensräume sind auch von enormer Wichtigkeit für den Naturschutz.

Bioakustische Untersuchungen

Bild: Arne Schulze (Senckenberg)

Und damit nicht genug: Um die Ergebnisse zusätzlich abzusichern, wurde von den Wissenschaftlern als dritte Bestimmungsmethode die Bioakustik eingesetzt. Dass männliche Frösche die Schallblasen aufpusten, um Weibchen zu beeindrucken, ist allgemein bekannt, dass dieses – zum Teil

Bild 2. Untersuchte Kaulquappe eines Makifroschs (Phyllomedusa sp.).

Bild: Martin Jansen (Senckenberg)

PANORAMA

Bild 3. Rufender Laubfrosch (Dendropsophus sp.)

über 90 Dezibel laute – Werben auch zur Artbestimmung herangezogen werden kann, weniger. Insgesamt analysierten und verglichen Jansen und sein Team 2092 Rufaufzeichnungen einzelner Froscharten am Computer und konnten so die unklaren Fälle zuordnen. Das «Basislager» für die Frankfurter Wissenschaftler ist die hauseigene Forschungsstation Chiquitos im ostbolivianischen Tiefland. Mehr als 3500 Hektar Savannenlandschaft, durchzogen von einer weltweit einzigartigen Trockenwaldform, bieten reichlich Material für unterschiedlichste Forschungsvorhaben. Die Station wurde 2009 auf Initiative des deutschen Geologen und Ewigen Senckenberg-Mitglieds Lutz Werding auf dem Gelände seiner Hacienda eingeweiht. Die Vermutung der Wissenschaftler, dass die Verbreitung der südamerikanischen Frösche kleinräumiger und damit die Artenvielfalt viel höher ist, als vermutet, hat sich bewahrheitet. Mit den verschiedenen Methoden wurden 33 Arten – und damit über die Hälfte der gesammelten Froschgruppen – als Kandidaten für Neubeschreibungen identifiziert. «Das ist natürlich ein toller Erfolg», freut sich Projektleiter Jansen. «Um eine vollständige flächendeckende Inventur der Frösche durchzuführen, sind aber überregionale und länderübergreifende Kooperationen notwendig. Nur so können wir die wahre Vielfalt der Amphibienwelt in Südamerika ermitteln

und die nötigen Schutzmassnahmen zum Erhalt der Biodiversität ergreifen.» Das Team hat sich mit seiner Studie selber eine Menge Hausaufgaben aufgegeben: Die potentiell neuen Arten müssen in Folgestudien nun beschrieben und damit formal der Wissenschaft bekannt gemacht werden. Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler bei einigen Arten bemerkenswerte Rufvariationen aufdecken, über deren Ursachen bisher nur spekuliert werden kann. Aus dieser einzigartigen Region wird es also auch in Zukunft Spannendes zu berichten geben! Quelle: Senckenberg Originalpublikation Martin Jansen, Rebecca Bloch, Arne Schulze and Markus Pfenninger, «Integrative inventory of Bolivia´s lowland anurans reveals hidden diversity», Zoologica Scripta 40 [6], 567–583 (2011). Kontakt Dr. Martin Jansen Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung Senckenberganlage 25 D-63065 Frankfurt/Main Telefon +49 (0)69 7542 1234 martin.jansen@senckenberg.de www.senckenberg.de 1–2/2012

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