ChemieXtra 7-8/2012 by SIGWERB GmbH

7–8 / 2012

Juli/August 2012

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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EDITORIAL

Not macht erfinderisch Werner Oswald besass ein Patent zur Gewinnung von Alkohol aus Holzabfällen. Die von ihm

Ready-to-use Reagenzien ...

gegründete Holzverzuckerungs-AG in Domat/ Ems (die spätere Ems-Chemie AG) trug während des Zweiten Weltkriegs viel zur Versorgung der Schweiz mit Treibstoffen bei: Mit dem sogenannten Emser Wasser wurde während des Kriegs rund 30 Prozent des Treibstoffbedarfs des motorisierten Verkehrs und der Luftwaffe gedeckt. Oswalds Verfahren basierte auf der säurekatalysierten Cellulosespaltung, bei der Glucose entsteht, die in einem weiteren Schritt durch Gährung in Ethanol umgewandelt wurde. Als sich die Versorgung mit fossilen Treibstoffen nach dem Krieg wieder normalisierte, wurde diese Art von Ethanolproduktion zu teuer; zudem traten bei der Verwendung von Emser Wasser

... und

Schäden an beweglichen Motorenteilen auf. Viele Jahre sind seither vergangen. Fossile Treibstoffe sind noch im

CHEMIKALIEN

Überschuss vorhanden. Doch ein Ende der lukrativen Erdölförderung ist abzusehen. Zeit also, nach Alternativen zu suchen. Und hier wird die Holzverzuckerung wieder interessant, wobei auch andere Cellulosequellen

für jeden und den speziellen Bedarf!

zu erwähnen sind, etwa Zuckerrohr oder Stroh. Indirekt ist dabei auch die Schweiz aktiv: Die von Clariant übernommene Süd Chemie beschäftigt sich in München intensiv mit der Gewinnung von Cellulose-Ethanol aus Stroh und anderen Cellulose-haltigen Abfällen (siehe Seite 28). Bei Clariant wird intensiv an der Verbesserung der natürlichen Katalysatoren gearbeitet. Die Forschung ist so weit fortgeschritten, dass kürzlich in Straubing eine Demonstrationsanlage gebaut werden konnte, in der aus 4500 Tonnen Weizenstroh 1000 Tonnen Ethanol gewonnen werden. Chemikalien, die aus natürlichen Quellen hergestellt werden, stehen oft in der Kritik, weil dafür Nahrungsmittel eingesetzt werden. Da mit dem Stroh

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ein Abfallprodukt als Cellulosequelle dient, erübrigen sich hier Diskussionen. Aus einem relativ wertlosen Abfall wird eine wertvolle Chemikalie. Inwieweit dadurch beispielsweise Benzin ersetzt werden kann, wird sich zeigen.

mit Neuheiten & Sonderangeboten

Laborbedarf - Life Science - Chemikalien

Kurt Hermann, Redaktor redaktion@sigwerb.com 7–8/2012

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

CHEMIE

Wichtiger Schritt der Kokainsynthese aufgeklärt 8

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben eine der Schlüsselreaktionen der KokainBiosynthese aufgeklärt. Sie isolierten aus Blättern der südamerikanischen Kokapflanze ein Enzym, das zur Familie der Aldo-Keto-Reduktasen gehört. Dessen Funktion und molekulare Struktur eröffnet einen neuen Blick in die Evolution pflanzlicher Tropan-Alkaloid-Stoffwechselwege.

NEWS

BIOWISSENSCHAFTEN Proteine bei der Arbeit beobachtet

Über Genomanalyse, Computersimulationen und Laborexperimente hat ein internationales Forscherteam erstmals ein Modell der aktivierten Sensor-Histidinkinase erarbeitet, eines Proteins zur Signalübertragung. Alexander Schug vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) bildete die Aktivierung in umfangreichen Computersimulationen nach.

NEWS

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

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

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 2. Jahrgang (2012) Druckauflage 12000 Exemplare ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Pfaffacherweg 189 Postfach 19 CH-5246 Scherz Telefon +41 (0)56 619 52 52 Telefax +41 (0)56 619 52 50 info@sigimedia.ch Chefredaktion Dr. Kurt Hermann Neumattstrasse 60 CH-3400 Burgdorf Telefon +41 (0)34 423 35 61 Telefax +41 (0)34 423 35 62 redaktion@sigwerb.com

FORSCHUNGSWELT Der feinste Goldstaub der Welt

Durch eine spezielle Oberfläche aus Eisenoxid ist einem Forschungsteam für Oberflächenphysik das Kunststück gelungen, Goldatome einzeln festzuhalten. Dadurch sollen Katalysatoren möglich werden, die effizienter sind und mit einer geringeren Menge des wertvollen Metalls auskommen als bisher.

FIRMEN BERICHTEN

BERICHT ÜBER FIRMEN

MESS-, REGELUND STEUERTECHNIK

VERFAHRENSTECHNIK Alternativer Katalysator für Kunststoffsynthesen

Ein Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden und des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin hat für einen wesentlichen Produktionsschritt von Polyethylen einen billigen Katalysator aus Eisen und Aluminium entwickelt, der genauso gut wie der gängige Katalysator aus Palladium arbeitet.

Produktion Sprüngli Druck AG Dorfmattenstrasse 28 CH-5612 Villmergen Telefon +41 (0)56 619 53 53 Telefax +41 (0)56 619 53 00 info@spruenglidruck.ch www.spruenglidruck.ch Abonnemente Telefon +41 (0)41 711 61 11 info@sigwerb.com www.chemiextra.com Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto) Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über. Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen. Copyright 2012 by SIGWERB GmbH, CH-6301 Zug

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

ANALYTIK

Detektion von Sprengstoffen in kleinsten Spuren

Das Fühlersystem und die Sinnesorgane des Nachtfalters Bombyx Mori können einzelne Pheromonmoleküle detektieren. Sie haben die Konzeption eines Sensors inspiriert, der winzige Spuren verschiedener Sprengstoffe nachweisen kann. Selbst Konzentrationen von rund 800 ppq (parts per quadrillion) TNT konnten mit einem nanostrukturierten Sensor detektiert werden.

38 42

Grossspeicher für Stickstoff und Kohlendioxid 46

Deutsche Wissenschaftler haben erstmals berechnet, wie viel Kohlendioxid und Stickstoff Flechten, Algen, Moose und Pilze weltweit speichern: Jährlich nehmen diese Lebensgemeinschaften rund 50 Millionen Tonnen Stickstoff auf und binden rund 14 Milliarden Tonnen Kohlendioxid.

MEDIZIN/PHARMA

ARBEITSWELT

VERANSTALTUNGEN

ERNÄHRUNG

Die kürzlich von der Europäischen Union als Süssungsmittel zugelassenen Steviaprodukte haben auch Nachteile, zum Beispiel einen lang anhaltenden, bitteren Nachgeschmack. Die dafür verantwortlichen Geschmacksrezeptoren auf der menschlichen Zunge wurden nun identifiziert.

Fünf Tage lang informierten sich auf der Achema 2012 insgesamt 167 000 Besucher über die Angebote der 3773 Aussteller, die diese auf 136 400 m² Ausstellungsfläche präsentierten. Allein die Ausstellungsgruppe «Pumpen, Kompressoren und Armaturen» umfasste erstmals mehr als 1000 Aussteller.

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Juli/August 2012

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7–8 / 2012

ZUM TITELBILD

7–8/2012

Die internationalste Achema aller Zeiten

Bitterrezeptoren für Steviasüssstoffe entdeckt

UMWELT

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

Wir haben den Überblick

PRODUKTE

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CHEMIE

Bor ist immer wieder für Überraschungen gut

Neues aus dem interessanten Boruniversum

Robert Emmerich/Rian Dewhurst Für Chemiker hält das Element Bor immer wieder Überraschungen bereit. Es hat einen so grossen Mangel an Elektronen, dass es ungewöhnliche Verbindungen mit anderen Elementen eingeht. Viele Lehrbücher widmen dem Bor darum eigene Kapitel.

Stabile Bor-Bor-Dreifachbindung Lehrbuchreif ist auch der neue Forschungserfolg, den Holger Braunschweig und seine Arbeitsgruppe von der Universität Würzburg in «Science» [1] beschreiben: Einem Team um den Doktoranden Jan Mies ist es zum ersten Mal gelungen, eine stabile dreifache chemische Bindung zwischen zwei BorAtomen zu knüpfen (Bild 1).

Zwei- und Dreifachbindungen gibt es nur bei wenigen anderen Elementen, etwa bei Kohlenstoff, Silicium oder Stickstoff. Sie sind generell von Interesse, weil sie interessante Reaktionen möglich machen – etwa die Synthese von Kunststoffen wie Polyethylen. Auch das dreifach miteinander verbundene Bor öffnet eventuell Wege für die Entwicklung neuartiger Materialien und Arzneistoffe. An der Realisierung einer Bor-Bor-Dreifachbindung sind in den vergangenen Jahrzehnten viele Wissenschaftler gescheitert. Die Würzburger dagegen hatten nicht nur damit Erfolg. Sie beschreiben auch einige Beispiele für chemische Reaktionen, die an der Dreifachbindung ablaufen. «Aus diesem Stoff sind Lehrbücher gemacht. Es besteht kein Zweifel, dass die Bor-Bor-Dreifachbindung schnell Eingang finden wird in die Bücher der Anorganischen Chemie.» So das Urteil eines Fachmanns, der die Arbeit aus Würzburg im Auftrag von «Science» begutachtet hat.

Bild: Rian Dewhurst/Krzysztof Radacki

Platin bei der Arbeit

Bild 1. Molekül mit einer Bor-Bor-Dreifachbindung, erstmals synthetisiert von Chemikern der Universität Würzburg.

Neue Wege, um Bor gezielt mit sich selbst oder anderen Elementen zu verbinden, beschreiben die Würzburger Chemiker in zwei weiteren aktuellen Veröffentlichungen. In «Nature Communications» [2] schildern sie die Synthese eines Moleküls, das sie niemals in stabiler Form erwartet hätten: Ein Platin-Atom hat darin die Bindung zwischen Bor und Kohlenstoff «zur Hälfte» durchgebrochen (Bild 2). Platin wird in vielen technischen Prozessen als Katalysator eingesetzt, um den Ablauf chemischer Reaktionen zu beschleunigen. Dabei bewirkt es zum Beispiel, dass Bindungen zwischen Atomen geknüpft oder gelöst werden. «In unserem Molekül sorgt Platin dafür, dass die Bindung von Bor und Kohlenstoff irgendwo zwischen ‹intakt› und

Bild: Rian Dewhurst/Peter Brenner

Über das Element Bor weiss weltweit wohl niemand so gut Bescheid wie das Team von Holger Braunschweig an der Universität Würzburg: Vor Kurzem berichteten die Würzburger gleich in drei Fachzeitschriften über Fortschritte, die ihnen in der Borchemie gelungen sind.

Bild 2. Ein Platin-Atom (Pt) durchbricht eine Bindung zwischen Bor (B) und Kohlenstoff (C1) zur Hälfte.

‹gelöst› liegt», sagt Doktorand Bernd Pfaffinger, der massgeblich an der Synthese beteiligt war. «Wir denken, dass wir eine Art Schnappschuss von dem Prozess vorliegen haben, bei dem Platin eine Bindung bricht.» Normalerweise sei ein solcher Zustand viel zu flüchtig, um sich direkt nachweisen zu lassen. Die Stabilität des Moleküls sei darum völlig überraschend gewesen.

Boratome zu Kette verknüpft Die Zeitschrift «Nature Chemistry» [3] schliesslich stellt eine Arbeit aus Würzburg vor, bei der vier Boratome zu einer Kette verknüpft wurden (Bild 3). Eine solche Verkettung war bislang nur mit «aggressiven» Methoden zu erreichen, nämlich unter hohen Temperaturen und mit Alkalimetallen wie Natrium, erklärt Braunschweigs Dokto7–8/2012

Bild: Rian Dewhurst/Krzysztof Radacki

CHEMIE

Bild 3. Vier Bor-Atome (B1 bis B4) zu einer Kette verknüpft.

rand Qing Ye. Sein Team aber hat die Borketten jetzt erstmals bei Raumtemperatur in einer Kohlenmonoxid-Umgebung synthetisiert, also unter vergleichsweise milden chemischen Bedingungen. Die Würzburger haben damit die Synthese längerer Ketten aus Bor-Atomen greifbarer gemacht. Von solchen Polymeren aus Bor erhofft sich die Wissenschaft einiges: Sie dürften interessante elektronische Eigenschaften besitzen, sollten also spannend sein für neue Anwendungen in der Elektronik. Quelle: Universität Würzburg

[2] Holger Braunschweig, Peter Brenner, Rian D. Dewhurst, Ivo Krummenacher, Bernd Pfaffinger, Alfredo Vargas, «Unsupported boron–carbon σ-coordination to platinum as an isolable snapshot of σ-bond activation», Nature Communications 3, 872 (2012).

Originalpublikationen [1] Holger Braunschweig, Rian D. Dewhurst, Kai Hammond, Jan Mies, Krzysztof Radacki, and Alfredo Vargas, «Ambient-Temperature Isolation of a Compound with a Boron-Boron Triple Bond», Science 336 [6087], 1420–1422 (2012).

Kontakt Prof. Dr. Holger Braunschweig Universität Würzburg Institut für Anorganische Chemie Am Hubland D-97074 Würzburg Telefon +49 (0)931 31 85260 h.braunschweig@uni-wuerzburg.de www.uni-wuerzburg.de

[3] Holger Braunschweig, Qing Ye, Alfredo Vargas, Rian D. Dewhurst, Krzysztof Radacki, Alexander Damme, «Controlled Homocatenation of Boron on a Transition Metal», Nature Chemistry 4, 563–567 (2012).

Visions become reality.

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7–8/2012

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CHEMIE

Eine neue Materialklasse

Borosulfate als Quecksilberersatz? Mit Kaliumborosulfat haben Augsburger Festkörperchemiker gemeinsam mit Kollegen der Universität Freiburg das erste Beispiel einer völlig neuen Materialklasse vorgestellt. «Diese neue Materialklasse hat das Potenzial, eventuell sogar giftiges Quecksilber in Energiesparlampen überflüssig zu machen», so Henning Höppe, der Leiter der Forschungsgruppe, der vor knapp zwei Jahren von der Universität Freiburg ans Institut für Physik der Universität Augsburg gewechselt ist.

nämlich aus unterschiedlich geladenen Baueinheiten mit recht unterschiedlichen chemischen Eigenschaften. Strukturell ähneln die neuen Verbindungen den Tausenden natürlich vorkommender Silicate, bei denen aber im Gegensatz zu den Borosulfaten alle Bausteine gleich sind. Silicate – Gesteine also – haben einen Anteil von über 90 Prozent an der Erdrinde und kommen in vielfältigsten Strukturen vor. Zu ihnen gehören so unterschiedliche Stoffe wie Quarz mit dreidimensional vernetzte Baueinheiten oder Glimmer mit schichtartig zweidimensional vernetzte Baueinheiten oder Orthosilicate, in denen isolierte Baueinheiten vorliegen.

neuen Materialklasse aber insbesondere in der Katalyse als Festkörpersäure und bei Leuchtstoffen.

Potenzial für quecksilberfreie Leuchtstoffe Aus der Verbindung von Borosulfaten mit Seltenerdmetallen könnten sich nach Höppes Überzeugung unter Umständen etwa neuartige Leuchtstoffe entwickeln lassen, die den Einsatz von giftigem Quecksilber überflüssig machen, ohne das konventionelle Leuchtstoffe in Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren keine Leuchtkraft entwickeln können. Quelle: Universität Augsburg

Bild H. Höppe

Eine neue Strukturfamilie

Bild 1. Veranschaulichung der Kristallstruktur des Kaliumborosulfats: graue Kugeln repräsentieren Kalium, blaue Tetraeder Borat und gelbe Tetraeder Sulfat.

«Die Darstellung des Kaliumborosulfats gelang uns durch eine spezielle Reaktion von Borsäure, Schwefelsäure und Kaliumsulfat – dreier Chemikalien also, die allesamt grosstechnisch verfügbar sind», erläutert Höppe. Die wissenschaftliche Bedeutung der Entdeckung liege in der ungewöhnlichen Kombination. Borosulfate bestehen

Höppe und seine Kollegen gehen nun davon aus, mit den Borosulfaten eine Strukturfamilie begründet zu haben, die mindestens ebenso gross ist wie diejenige der Silicate. «Wir erwarten darüber hinaus», so Höppe, «dass sich die Eigenschaften der Borosulfate aufgrund ihrer chemisch unterschiedlichen Bausteine im Sinne ihrer technischen Nutzbarkeit noch besser massschneidern lassen werden als diejenigen der Silicate.» Die Entdeckung der Borosulfate entspringt reiner Grundlagenforschung. Gleichwohl liegen nach Einschätzung der Arbeitsgruppe künftige Anwendungsmöglichkeiten der

Originalpubikation Henning A. Höppe, Karolina Kazmierczak, Michael Daub, Katharina Förg, Franziska Fuchs, Harald Hillebrecht, «The First Borosulfate K5[B(SO4)4]», Angewandte Chemie International Edition 51 [25], 6255–6257, (2012). Kontakt Prof. Dr. Henning Höppe Universität Augsburg, Institut für Physik Universitätsstrasse 1, D-86159 Augsburg Telefon +49 (0)821 598 3033 henning.hoeppe@physik.uni-augsburg.de www.ak-hoeppe.de

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CHEMIE

Nukleophile Substitutionsreaktionen in Anwesenheit von Wasser

Wenn die Geometrie passt, stimmt die Chemie

Die Physiker um Roland Wester untersuchten in ihrem jüngsten Experiment einzelne Wassermoleküle und deren Einfluss auf die Reaktionsdynamik von Austauschreaktionen bei der Entstehung von Methanol. Das Team liess dabei in einer eigens entwickelten Apparatur im Vakuum einzelne Hydroxylionen mit Iodmethanmolekülen kollidieren. Bei dieser Reaktion entstehen Methanol und ein Iodidion: HO – + CH3I

CH3OH + I –

An die Hydroxylionen hängten die Forscher dann kontrolliert genau ein oder zwei Wassermoleküle an.

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Quattroflow

Biocor

«Dieses Experiment förderte verschiedene unerwartete Effekte zutage. Entgegen der einfachen Vorstellung verlangsamt und verwischt ein Wassermolekül nicht einfach

leküle dabei wirklich im Detail passiert, ist bisher kaum erforscht. Chemische Formeln fassen Reaktionen in einfacher Weise zusammen, sie können aber die komplexe Dynamik der verschiedenen Reaktionsschritte und deren Wechselwirkungen nur sehr schlecht beschreiben. Ausserdem kann die Wissenschaft erst seit wenigen Jahren mit ausgeklügelten Laborexperimenten einen Blick auf diese Austauschprozesse werfen und im Grenzgebiet zwischen Chemie und Physik deren Dynamiken besser erfassen. Quelle: Universität Innsbruck Originalpublikation R. Otto, J. Brox, S. Trippel, M. Stei, T. Best & R. Wester, «Single solvent molecules can affect the dynamics of substitution reactions», Nature Chemistry 4, 534–538 (2012)

Kontakt Roland Wester Universität Innsbruck Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik Technikerstrasse 25 A-6020 Innsbruck Telefon + 43 (0)512 507 6420 roland.wester@uibk.ac.at www.uibk.ac.at

Beratung

Bild 1. Innsbrucker Physiker entschlüsseln die Reaktion zwischen Iodmethan (oben rechts) und Hydroxylionen.

diese Reaktion, sondern steuert sie vielmehr durch die geometrische Anordnung der Moleküle. So läuft die Reaktion überhaupt erst durch die Anwesenheit eines Wassermoleküls in der Weise ab, wie dies in Chemielehrbüchern beschrieben ist. Dabei nähert sich das Ion dem CH3I-Molekül von einer Seite und das Iodidion fliegt nach der Umordnung des molekularen Komplexes in entgegengesetzter Richtung davon. Ohne den Einfluss des Wassers finden wir dagegen ganz andere Reaktionsmechanismen», sagt Rico Otto, der mit diesen Experimenten seine Dissertation abschloss. Mit diesen Grundlagenforschungen wollen Otto und seine Kollegen einen Beitrag zum verbesserten Verständnis dieser komplexen Abläufe liefern. «Letztlich – und dies ist ein sehr langfristiges Ziel – könnte dies auch ein Beitrag dazu sein, industrielle Prozesse effizienter ablaufen zu lassen», sind Wester und Otto überzeugt. Die in diesen Forschungen untersuchten nukleophilen Substitutionsreaktionen sind eine der wichtigsten Reaktionsklassen in der Organischen Chemie. Solche chemischen Austauschprozesse, bei denen eine funk tionale Gruppe gegen eine andere ausgewechselt wird, laufen zum Beispiel bei der Adrenalinsynthese in unserem Körper ab. Dort, wie auch in vielen technischen Anwendungen, finden sie normalerweise in Flüssigkeiten statt. Was auf der Ebene der einzelnen beteiligten Teilchen und Mo-

SchlauchPumpen

Bild: Universität Insbruck

Die Arbeitsgruppe um Roland Wester vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck, vormals an der Universität Freiburg in Deutschland, hat experimentell gezeigt, dass bei chemischen Austauschreaktionen nicht alleine die Energie die tragende Rolle spielt. «Bei Reaktionen in Anwesenheit von Wasser dürfte dies vielmehr auch die Geometrie sein, und damit die Frage, wo bestimmte Moleküle sitzen. Sehr vereinfachend könnte man daher sagen, passt die Geometrie, stimmt auch die Chemie», so Wester.

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CHEMIE

Einblick in die Evolution der Alkaloidsynthese

Wichtiger Schritt der Kokainsynthese aufgeklärt Kokain gehört zu den geläufigsten Drogen weltweit. Bislang war jedoch nicht bekannt, wie Pflanzen das Alkaloid bilden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben eine der Schlüsselreaktionen der Kokain-Biosynthese aufgeklärt. Sie isolierten aus Blättern der südamerikanischen Kokapflanze ein Enzym, das zur Familie der Aldo-Keto-Reduktasen gehört. Dessen Funktion und molekulare Struktur eröffnet einen neuen Blick in die Evolution pflanzlicher Tropan-Alkaloid-Stoffwechselwege.

Bild 1. Kokain

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Bilder: D’Auria, Jirschitzka

Alkaloide sind natürliche, stickstoffhaltige Verbindungen, die auf den menschlichen Organismus unterschiedlich stark wirken. Dazu gehören bekannte Substanzen wie Atropin, Koffein, Nikotin, Chinin, Morphin, Strychnin und Kokain. Das Pupillen-erweiternde Atropin und das Rauschgift Kokain zählen zur Gruppe der Tropanalkaloide, die Bild 2. Kokapflanze (Erythroxylum coca) und die molekulare Struktur des Kokains (grau: Kohlenstoff, blau: Stickstoff, rot: Sauerstoff, weiss: Wasserstoff).

sich chemisch durch zwei miteinander verbundene fünf- und sieben-gliedrige Ringe auszeichnen. Kokapflanzen wurden schon vor rund 8000 Jahren von südamerikanischen Völkern kultiviert, die die Kokablätter wegen ihrer stimulierenden und hungerstillenden Eigenschaft anbauten. Im Pflanzenreich dient die Biosynthese von Tropanen und anderen alkaloiden Stoffen meist der Abwehr von Frassfeinden und anderen Schädlingen. Sieben Pflanzenfamilien, in denen Tropanalkaloide vorkommen, sind bekannt, darunter die Kreuzblütler (Brassicaceae), Wolfsmilch- (Euphorbiaceae), Nachtschatten- (Solanaceae) und Rotholzgewächse (Erythroxylaceae). Der Verwandtschaftsgrad zwischen diesen Fa-

milien ist eher klein. Man nimmt an, dass der letzte gemeinsame Vorfahre der Rotholz- und Nachschattengewächse vor rund 120 Millionen Jahren gelebt hat. Wie ähnlich sind sich die Tropanalkaloid-Biosynthesewege in diesen Familien? Gibt es einen ursprünglichen «Kardinalweg», der im weiteren Verlauf der Evolution in den meisten anderen Pflanzenfamilien verloren gegangen ist? Oder wurde die TropanalkaloidBiosynthese mehrmals parallel und unabhängig voneinander erfunden? Die Kokapflanze mit dem wissenschaftlichen Namen Erythroxylum coca aus der Familie der Rotholzgewächse und die Kokainbiosynthese wurden seit rund 40 Jahren nicht mehr untersucht. Im Unterschied dazu ist ein entscheidender Schritt der Bio7–8/2012

CHEMIE BRILLIANTE IDEEN FÜR MODERNE ANLAGEN 0,1 mm

Bild 3. Gewebeschnitt durch eine junge, noch um den jungen Spross gewickelte Blattanlage (Balken: 0,1 Millimeter). Die grün gefärbten Bereiche (Immunoblot) markieren das dort in grosser Menge vorhandene Enzym MecgoR, das den vorletzten Schritt der Kokain-Biosynthese katalysiert.

synthese von Atropin bekannt. Atropin ist ein kokainverwandtes Tropanalkaloid, das in der Tollkirsche vorkommt, einem Nachtschattengewächs.

Zwei Tropanalkaloide, zwei Arten, zwei Enzyme Zur Atropin-Biosynthese bedarf es der Umwandlung einer Ketogruppe in einen Alkoholrest, der dann im allerletzten chemischen Schritt verestert wird. Die Umwandlung der Ketogruppe wird in der Tollkirsche durch ein Enzym aus der Gruppe der Dehydrogenasen/Reduktasen (short-chain dehydrogenase/reductase − SDR) katalysiert. Zu diesen Enzymen gehören auch viele Alkohol-abbauende Dehydrogenasen in tierischen Organismen. Um das entsprechende Enzym im KokainBiosyntheseweg zu finden, suchte Jan Jirschitzka, Doktorand in der Gruppe um John D’Auria (Projektleiter in der Abteilung Biochemie des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie), daher im Genom der Kokapflanze nach SDR-ähnlichen Gensequenzen. Diese wurden kloniert, exprimiert und auf Enzymaktivität getestet. Da hierbei nicht das Vorläufermolekül des Kokains gebildet wurde, blieb dem Wissenschaftler nur der klassische biochemische Weg: Aus Extrakten von Kokablättern reicherte er die dort enthaltene Enzymaktivität an, reinigte das entsprechende Protein und isolierte nach Teilsequenzierung des Polypeptids das dazugehörige Gen. 7–8/2012

Kokain in jungen Blättern, Atropin in Wurzeln «Wir erhielten zwei interessante Ergebnisse», so Jonathan Gershenzon, Direktor am Institut. «Die zur Atropinsynthese analoge chemische Reaktion − die Umwandlung der Ketogruppe zu einem Alkoholrest − erfolgt in Kokapflanzen durch ein ganz anderes Enzym als im Nachtschattengewächs, nämlich durch eine Aldo-Keto-Reduktase, die wir Methylecgonon-Reduktase (MecgoR) genannt haben.» Aldo-Keto-Reduktasen sind in Pflanzen bekannt und finden sich auch in Säugetieren, Amphibien, Hefe, Einzellern und Bakterien. Sie sind beispielsweise in die Bildung von Steroidhormonen eingebunden. Und zweitens: Sowohl das MecgoR-Gen als auch das MecgoR-Enzym sind besonders aktiv in ganz jungen Blättern der Kokapflanze, jedoch nicht in Wurzeln. Atropin hingegen wird ausschliesslich in der Wurzel der Tollkirsche synthetisiert und nachfolgend in die grünen Organe transportiert. Auf der Grundlage all dieser Ergebnisse folgern die Wissenschaftler, dass der Tropanalkaloid-Stoffwechsel in Kokapflanzen und der Tollkirsche vollkommen unabhängig voneinander entstanden sind. Mit der Aufklärung des durch das MecgoREnzym katalytischen Schritts der Kokainsynthese sind die Forscher einen enormen Schritt vorangekommen. Nun widmen sie sich unter anderem dem Speicherort des Kokains im jungen grünen Blattgewebe, wo es in einer sehr hohen Konzentration akkumuliert: Kokain kann bis zu zehn Prozent der Trockenmasse von jungen Blättern ausmachen, eine Menge, die kaum von anderen Alkaloiden in Pflanzen erreicht wird. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft

Originalpublikation Jan Jirschitzka, Gregor W. Schmidt, Michael Reichelt, Bernd Schneider, Jonathan Gershenzon and John C. D´Auria, «Plant tropane alkaloid biosynthesis evolved independently in the Solanaceae and Erythroxylaceae», Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 109 [26], 10304-10309 (2012)

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NEWS

Bild: Lonza

Lonza: neuer COO des Sektors Life Science Ingredients

Beat In-Albon

Per 1. Juni 2012 ist Beat In-Albon als COO des Life Science Ingredients (LSI) Sektors in die

Lonza eingetreten und Mitglied der Geschäftsleitung geworden; er ersetzt in dieser Funktion Harry Boot. In-Albon verfügt über eine umfassende Industrieerfahrung und war bereits von 1983 bis 2006 für Lonza tätig, zuletzt in der Funktion als Leiter des Geschäftssektors Organic Fine & Performance Chemicals. Von 2006 bis 2012 war er für den Warenprüfkonzern SGS in verschiedenen leitenden Positionen tätig. Als COO des Sektors Life Science Ingredients fokussiert sich

In-Albon gezielt auf das Projekt Visp Challenge, welches von grosser Bedeutung für die zu erwartenden Profitabilitätsverbesserungen in diesem Sektor ist. Er übernimmt das Projekt vollständig und wird viel Zeit und Arbeit dafür aufwenden, es zu einem nachhaltigen Erfolg zu führen. «Ich freue mich sehr darüber, dass Beat In-Albon wieder zur Lonza zurückkehrt. Während er auf der einen Seite über profunde Kenntnisse das LSI-Geschäfts und des Standortes Visp verfügt, bringt er auf der ande-

ren Seite auch wertvolle externe Ansichten mit», kommentiert Richard Ridinger, CEO von Lonza. «Mit dieser Ernennung wird Lonza den Fokus auf das Visp Challenge-Projekt weiter stärken.» In-Albon ist 60 Jahre alt und besitzt einen Ph.D. in Wirtschaft von der Universität von Fribourg. Harry Boot ist aus der Geschäftsleitung zurücktreten und konzentriert sich auf seine Aktivitäten in Asien, insbesondere China. Quelle: Lonza

Neuer Professor für Anorganische Chemie in Basel

Wenger ist seit 2009 Professor (W2) am Institut für Anorganische Chemie der Georg-AugustUniversität Göttingen. Geboren 1974 in Bern, promovierte er

nach dem Studium an der Universität Bern im Jahr 2002 und setzte darauf seine Forschungstätigkeit als Postdoktorand am California Institute of Technology und an der Université Louis Pasteur in Strasbourg fort. 2006 bis 2009 war er SNFFörderprofessor an der Universität Genf. Wenger arbeitet seit einigen Jahren über protonengekoppel-

te Elektronen-Transferreaktionen, ein Gebiet der Grundlagenforschung, das wichtige Erkenntnisse für die Umwandlung von Solarenergie in chemische gespeicherte Energie verspricht. Bild: Universität Basel

Zum Professor (Associate Professor) für Anorganische Chemie an der Philosophisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät wählte der Basler Universitätsrat Oliver Wenger.

Quelle: Universität Basel

Oliver Wenger

Mit dem Lise-Meitner-Preis 2012 wird Friedrich-Karl Thielemann, Professor für Theoretische Physik an der Universität Basel zusammen mit dem deutschen Physiker Karlheinz Langanke vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und der Technischen Universität Darmstadt ausgezeichnet. Damit ehrt die Sektion Kernphysik der Europäischen Physikalischen Gesellschaft ihre ausserordentlichen Beiträge zum Verständnis von Sternexplosionen und der dabei ablaufenden 10

Bild: Universität Basel

Lise-Meitner-Preis 2012 geht an Forscher in Basel

Kernreaktionen. Der Preis wird alle zwei Jahre vergeben. Thielemann, geboren 1951 in Mülheim an der Ruhr, studierte

und promovierte an der TU Darmstadt. Er war am California Institute of Technology, am Max-Planck-Institut für Astrophysik und der University of Illinois tätig, von 1986 bis 1994 Professor an der Harvard University. Seit 1994 ist er Ordinarius an der Universität Basel. Was passiert, wenn ein Stern am Ende seines Lebens noch einmal hell aufleuchtet und sich dann in einer Supernova-Explosion in einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch verwandelt? Zum Verständnis dieses Vorgangs haben Langanke und Thie-

lemann herausragende Beiträge geleistet. Thielemann konzentriert sich dabei auf die astrophysikalischen Anwendungen, etwa auf die Voraussage der Elementund Isotopenzusammensetzung aus dem Urknall, Sternwinden und Sternexplosionen. Für ihre Verdienste in der nuklearen Astrophysik werden die beiden Preisträger am 20. September an der Europäischen Kernphysikkonferenz in Bukarest den Lise-Meitner-Preis 2012 überreicht bekommen. Quelle: Universität Basel 7–8/2012

BIOWISSENSCHAFTEN

Aktivierte Struktur der Sensor-Histidinkinase

Proteine bei der Arbeit beobachtet

Bild: Alexander Schug

Proteine steuern viele Prozesse im Körper, dabei verändern sie ihre Struktur. Die aktivierte Struktur ist experimentell jedoch schwer zugänglich. Über Genomanalyse, Computersimulationen und Laborexperimente hat ein internationales Forscherteam erstmals ein Modell der aktivierten Sensor-Histidinkinase erarbeitet, eines Proteins zur Signalübertragung. Alexander Schug vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) bildete die Aktivierung in umfangreichen Computersimulationen nach.

Bild 1. Aktivierte Anordung des Sensor-Histidinkinase-Proteins.

Proteine bilden die molekulare Maschinerie des Körpers und erfüllen die verschiedensten Aufgaben: Als Strukturproteine sind sie massgeblich am Aufbau von Gewebe beteiligt. Als Funktionsproteine sind sie unter anderem für die Steuerung des Stoffwechsels, den Stofftransport, die Blutgerinnung und die Immunabwehr verantwortlich. Während Proteine ihre Funktion erfüllen, verändern sie häufig ihre Struktur. Diese aktivierte Struktur ist oft nur kurzlebig und daher experimentell schwer zugänglich. Um die Funktion eines Proteins zu verstehen und eventuell gezielt zu beeinflussen, etwa bei der Behandlung von Krankheiten mit Medikamenten, ist es jedoch erforderlich, die Strukturveränderungen genau zu kennen. In einem Projekt, das Genomanalyse, Com7–8/2012

putersimulation und Experimente zur Erbgutveränderung verbindet, haben Forscher aus den USA, Frankreich und Deutschland ein Strukturmodell einer schwer fassbaren aktivierten Anordnung eines wichtigen Proteins erarbeitet. Die Computersimulation und Strukturnachbildung übernahm Alexander Schug am Steinbuch Centre for Computing (SCC) des KIT. Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf Zweikomponenten-Signalübertragungssysteme, die besonders in Bakterien sehr häufig sind. Solche Systeme bestehen aus einem Sensor-Histidinkinaseprotein als Empfänger für Signale von aussen, das die Informationsübertragung durch eine Autophosphorylierung einleitet, und einem Antwortregulatorprotein. Über diese Systeme lagen bisher nur teilweise Strukturinformationen vor. Durch eine statistische Analyse einer grossen Menge von Genomdaten identifizierten die Forscher Teile des Sensor-HistidinkinaseProteins, die während der Stukturveränderungen miteinander in Kontakt treten oder den Kontakt zueinander abbrechen. Basierend auf dieser Analyse, gelang es Schug, in umfangreichen Computersimulationen die Strukturveränderungen während der Autophosphorylierung nachzubilden und ein Modell der aktivierten Struktur zu erstellen. Dieses Modell liess sich anschliessend in Laborexperimenten verifizieren. Zweikomponentensysteme stellen bei allen Bakterien das primäre Signal-Reaktionssystem dar. Daher tragen die Ergebnisse der Forscher zum Verständnis der bakteriellen Signalübertragung bei. Die Erkenntnisse könnten künftig die Entwicklung neuer Antibiotika voranbringen. Überdies ist der Ansatz auch für andere Proteinsysteme relevant: «Da die reine Menge an Genomdaten

in den vergangenen zehn Jahren geradezu explodiert ist und weiter rasant wächst, lässt sich unsere Methode auf immer mehr Proteine übertragen, auch über die Signalübertragung hinaus», erklärt Schug. Quelle: KIT Originalpublikation Angel E. Dago, Alexander Schug, Andrea Procaccini, James A. Hoch, Martin Weigt, and Hendrik Szurmant, «Structural basis of histidine kinase autophosphorylation deduced by integrating genomics, molecular dynamics, and mutagenesis», PNAS 109 [26], E1733–E1742 (2012). (Die Online-Version des Artikels ist unter www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas. 1201301109 abrufbar.)

Bild 1. Stichlinge gehören zu den Lieblingstieren der Evolutionsbiologie. Besonders charakteristisch sind die drei scharfen Rückenstacheln und die seitliche Knochenpanzerung, die diese Fische vor Räubern schützen.

Wie Arten entstehen

Neue Erkenntnisse dank kleinem Fisch Wenn neue Arten entstehen, entwickelt sich das Erbgut von Lebewesen relativ schnell und äusserst vielfältig auseinander – dabei sind aber bestimmte Muster erkennbar. Dies berichten Forscher des Fachbereichs Zoologie der Universität Basel am Beispiel des kleinen Fischs Dreistachliger Stichling (Gasterosteus aculeatus), der sowohl in Seen wie auch in Flüssen lebt.

Der Dreistachlige Stichling (Gasterosteus aculeatus) ist ein in der nördlichen Hemisphäre häufig vorkommender Fisch, der seit der letzten Eiszeit vor etwa 12 000 Jahren vom Meer her zahlreiche Flüsse und Seen besiedelt hat. Als Folge der unterschiedlichen Anpassung hat der Fisch begonnen, sich in eine See- und Flussform aufzuspalten. Eine solche Differenzierung ist jeweils der erste Schritt der Artbildung, da selbst benachbarte Populationen von See- und Flussstichlingen meist unter sich bleiben und sich geschlechtlich nicht mehr austauschen können. Dies macht den Stichling zu einem hervorragenden Modellsystem der Evolutionsbiologen. Mittels einer Analyse hunderter von Millionen genetischer Sequenzen des Fisch-Erbguts zeigen die Forscher, dass bereits im Lauf weniger tausend Jahre eine beachtli12

che Differenzierung des Erbguts stattfinden kann; diese ist auch im Erscheinungsbild der Stichlinge sichtbar. Als Hauptgründe dafür werden see- und flussspezifische Umwelteinflüsse wie auch die reiche genetische Vielfalt vermutet, denn das «genetische Reservoir» verdankt der Stichling seiner ursprünglichen Herkunft aus dem Meer. Im Erbgut der Fische fanden die Forscher nebst kaum differenzierten Regionen zahlreiche Regionen, die sich zwischen den See- und den Flussstichlingen bereits stark unterscheiden. Offenbar stehen zahlreiche, im ganzen Erbgut verteilte Gene unter Selektionsdruck und tragen so zur evolutiven Anpassung bei. Die Studie weist zudem auf ein im ganzen Erbgut charakteristisches Differenzierungsmuster zwischen den See- und Flussstichlingen hin: Die jeweiligen Chromosomen

sind in der Mitte im Verhältnis zu den Enden stärker differenziert. Dies weil sich diese mittlere Chromosomenregion weniger stark durchmischt (Rekombination) und daher im Vergleich isolierter bleibt. Diese Mechanismen könnten bei der Entstehung biologischer Vielfalt von grundlegender und allgemeiner Geltung sein. Die Studie wurde von Marius Rösti im Rahmen seiner Masterarbeit erarbeitet, betreut von Daniel Berner und Walter Salzburger des Fachbereichs Zoologie der Universität Basel und in Zusammenarbeit mit Andrew Hendry der kanadischen McGill University. Die Frage nach der Entstehung biologischer Vielfalt und damit auch neuen Arten steht seit Charles Darwin unverändert im Zentrum der Evolutionsforschung. Die zugrunde liegenden genetischen Mechanismen sind dabei sehr komplex. Die neue Studie zeigt, 7–8/2012

Bilder: Marius Rösti

Bild 2. Stichlinge leben seit der letzten Eiszeit nicht mehr nur im Ozean, sondern haben auch Flüssen und Seen besiedelt. Entsprechend haben sich diese Fische an die unterschiedlichen Umgebungen angepasst.

dass für die Anpassung einer Population sowohl der Rekombinationshintergrund wie auch Position und Nachbarschaft von Genen im Erbgut entscheidend sind. Als Nächstes werden sich die Basler Forscher unter anderem mit der genauen Bestimmung jener Gene beim Stichling befassen, die für die genetische Anpassung relevant sind. Quelle: Universität Basel Originalpublikation Marius Roesti, Andrew P. Hendry, Walter Salzburger and Daniel Berner, «Genome divergence during evolutionary diversification as revealed in replicate lake-stream stickleback population pairs», Molecular Ecology 21 [12], 2852–2862 (2012). Kontakt Marius Rösti, Universität Basel Zoologisches Institut, Evolutionsbiologie Vesalgasse 1, CH-4051 Basel Telefon +41 (0)61 267 03 02 marius.roesti@unibas.ch, www.evolution.unibas.ch

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7–8/2012

NEWS

Bild: Empa

Empa tritt Konsortium für Solarzellen bei

Fotovoltaik an der Empa

Zusammen mit 13 europäischen Partnern hat die Empa ein EUfinanziertes Projekt zur Entwicklung preisgünstiger, effizienterer Solarzellen lanciert. Mit einem Gesamtbudget von 10 Millionen Euro will Scalenano – so der Name des Projekts – einen Durchbruch erzielen bei der Kosteneffizienz von Fotovoltaikanlagen und -modulen auf Basis fortschrittlicher Dünnschichttechnologien.

Dünnschichtsolarzellen bieten im Vergleich zu klassischen Halbleitersolarzellen aus Silicium die Möglichkeit, die verwendeten Materialien effizienter zu nutzen und Module günstiger herzustellen, weil die Licht absorbierenden Schichten rund 100-mal dünner sind als Siliciumwafer. Anlagen auf Basis der Stoffklasse der Chalkogenide, wie Kupfer-Indium-Gallium-(di)Selenid (auch bekannt als CIGS), weisen die höchste Effizienz aller Dünnschichttechnologien auf und haben bereits das Stadium der Massenproduktion erreicht. Die aktuellen Produktionsmethoden beruhen jedoch typischerweise auf vakuumbasierten Abscheidungsprozessen, die nur schwer auf grossen Oberflächen anwendbar sind und teure Produk-

tionsanlagen erfordern. Um sich dieser Herausforderung zu stellen, will Scalenano (Entwicklung und Scale-up von nanostrukturierten Materialien und Verfahren für günstige, hoch effiziente Fotovoltaikanlagen auf Chalkogenidbasis), das bis Mitte 2015 läuft, alternative, vakuumfreie Prozesse entwickeln, die auf dem elektronischen Abscheiden nanostrukturierter Ausgangsstoffe beruhen. Zusätzlich sollen alternative Verfahren mit hohem Durchsatz und hoher Prozessgeschwindigkeit entwickelt und die Methoden auf die nächste Generation von Cu2ZnSn(S,Se)2-basierten Absorbern (sogenannte Kesterite) erweitert werden, die ausschliesslich billige und häufig vorkommende Elemente verwenden.

Das Empa-Labor für Dünnschichten und Photovoltaik unter der Leitung von Ayodhya Tiwari erforscht im Rahmen des Projekts die Ablagerung von Kesterite-Absorbern aus Lösungen und Nanopartikeln, untersucht frontale elektrische Kontakte aus transparenten leitfähigen Oxiden. Es wird anderen Forschern Referenzsolarzellen zur Verfügung stellen, die mit Techniken auf Vakuumbasis vorbereitet wurden. Projektleiter Jaroslaw Romanyuk geht davon aus, dass «die Forschungsergebnisse von Scalenano später nicht nur in der Fotovoltaik angewendet werden können, sondern auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise bei intelligenten Fenstern und Batterien.» Quelle: Empa

Höchste optische Leistung unter allen Bedingungen

Mit den Trinovid 42 von Leica kehrt ein Klassiker zurück, der sich mehr als ein halbes Jahr-

hundert bewährt hat. Doch es geht um viel mehr als eine Neuauflage. Konsequent hat man an der Technik gefeilt und weiter in Materialien investiert. Das Ergebnis sind zwei neue Modelle – die besten Trinovid Ferngläser aller Zeiten. Ihre Markenzeichen: eine kompakte, ergonomische Bauform, eine intuitiv zu bedienende Innenfokussie-

rung und höchste optische Leistung. Dazu sind sie nahezu unverwüstlich und leistungsstark. Kubo Form AG (www.kubo.ch) war bei der Endgestaltung der einzelnen Gummiformteile wie Ummantelungen, Augenmuschel, Fokussierring massgeblich beteiligt. Sämtliche Gummiformteile als auch die Werkzeuge konnten in Effretikon

hergestellt werden. Nicht nur die Komplexität der Gummiformteile, sondern hauptsächlich das «Verschmelzen» der einzelnen Elemente, war die eigentliche Herausforderung, denn die Auflage war klar: Es dürfen keine sichtbaren Trenngrate vorhanden sein. Quelle: Kubo Form AG

Kompetenzpartner für Schmierstoffe in der Umweltarena Ab 24. August 2012 wird die Umwelt Arena (www.umweltarena.ch) in Spreitenbach zur Ausstellungs- und Eventplattform für modernes, bewusstes Leben. Unter einem Dach wird das Themenfeld im Bereich Umwelt und Nachhaltigkeit greifbar und vergleichbar dargestellt. Die Umwelt Arena macht Nachhaltigkeit erlebbar und erklärt Ide14

en und Technologien aus unterschiedlichen Branchen und Gebieten des täglichen Lebens. Besucher, das heisst, das breite Publikum, aber auch Fachleute mit Kunden oder Schulen, können das vereinigte Wissen erforschen, Lösungen vergleichen, begreifen und daraus einen konkreten Nutzen für den Alltag ziehen. In erlebnisorientierten Ausstellungen

werden Produkte, Technologien und Lösungen zu den Themen Natur und Leben, Energie und Mobilität, Bauen und Modernisieren sowie Erneuerbare Energien anschaulich dargestellt. Panolin mit Sitz in Madetswil (www.panolin.com) wird als Kompetenzpartner für den Bereich «Schmierstoff» in das innovative Gebäude mit spektakulä-

rer Architektur, CO2-neutralem Gebäudebetrieb und modernster Infrastruktur einziehen. Die Panolin-Gruppe wird einem breiten Publikum umweltschonende Schmierstoffe näher bringen, unter anderem das nachhaltige Schmierstoffkonzept «Greenmachine». Quelle: Panolin AG 7–8/2012

NEWS

Bild: Endress+Hauser

Einstieg in die Gasanalytik

Endress+Hauser stärkt das Analyse-Geschäft und übernimmt das US-Unternehmen SpectraSensors, ein Pionier der Lasermesstechnik für die Gasanalyse.

Durch den Kauf der US-Firma SpectraSensors erschliesst sich Endress+Hauser der Markt für

IN KÜRZE ■ Die Suva erzielte 2011 einen Gewinn von 123 Millionen Franken. Per 1. Januar 2013 sinken die Prämien erneut, und zwar um durchschnittlich 2 Prozent in der Berufs-, bzw. um durchschnittlich 1 Prozent in der Nichtberufsunfallversicherung. Erstmals kann die Suva in der Berufsunfallversicherung Ausgleichsreserven abbauen, was die Prämien in diesem Versicherungszweig zusätzlich im Durchschnitt um 3 Prozent verbilligt. ■ 175 Unternehmen wurden von der Hochschule St. Gallen im Rahmen eines weltweiten Benchmarkings zum Complexity Management analysiert. Nach einer wissenschaftlichen Evaluation wurde Endress+Hauser als eines von fünf «Best Prac tice»Unternehmen ausgezeichnet. Das Augenmerk der Studie lag auf Unternehmen, die die Herausforderungen einer grossen Produktvielfalt und einer komplexen innerbetrieblichen Organisationsstruktur auf allen Ab7–8/2012

Gasanalyse. Damit stärkt die Firmengruppe ihre Position auf dem Gebiet der Analysenmesstechnik wie auch in der Öl- und Gasindustrie. SpectraSensors Inc. mit Hauptsitz in Houston/Texas und einem Werk in Rancho Cucamonga/Kalifornien entwickelt, fertigt und vertreibt Laser-basierte Gasanalysatoren. Die Geräte werden etwa in Erdgas-Pipelines und -Anlagen, petrochemischen Raffinerien und chemischen Betrieben eingesetzt, ebenso zur Luftüberwachung. Das Unternehmen zählt rund

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IN KÜRZE

schnitten der Wertschöpfungskette mit nachhaltig wirksamen Strategien meistern. ■ Die Schweizer Niederlassung von easyFairs mit insgesamt 22 Mitarbeitern logiert seit 15. Mai an der St. Jakobs-Strasse 170a in Muttenz. Zudem ist Peter A. Cologna seit 1. Juni 2012 Geschäftsführer. Er ersetzt in dieser Position Christian Rudin, der eine eigene Firma gründet und künftig als selbständiger Unternehmer arbeiten wird. ■ Der Verwaltungsrat der Siegfried Holding AG hat René Imwinkelried, Head of Technical Development Small Molecules bei Roche in Basel, zum neuen Leiter Forschung & Entwicklung und Mitglied der Geschäftsleitung ernannt. Imwinkelried wird seine Tätigkeit am 1. September 2012 aufnehmen. Er folgt damit auf Wolfgang Wienand, der diese Funktion seit August 2010 innehat und in der Geschäftsleitung den Bereich Strategy and

90 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und erzielt etwa 30 Millionen US-Dollar Umsatz im Jahr. CEO Klaus Endress weist auf die strategische Dimension der Übernahme: «Die Gasanalyse ist in vielen Zukunftsfeldern von Bedeutung, etwa wenn es darum geht, die Energieversorgung zu sichern – ein wichtiger und weiter wachsender Markt.» Der Firmenchef erwartet Synergiepotenziale im weltweiten Vertrieb und Service, aber auch auf technologischem Gebiet. «SpectraSensors ist technolo-

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IN KÜRZE

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Mergers & Acquisitions weiter ausbauen sowie die Bereiche Recht und IP-Management verantworten wird. ■ Chemgineering, Beratungsund Planungsspezialist für die Life-Sciences-Industrie, hat das Geschäftsjahr 2011 mit einem Jahresumsatz von 38,5 Millionen Schweizer Franken abgeschlossen und übertrifft damit das Umsatzniveau des Vorjahrs um mehr als 14 Prozent. Der gruppenweite Personalbestand ist um 10 Prozent auf 220 Mitarbeiter gewachsen. Nach wie vor sucht das Unternehmen qualifizierte und passionierte Fachleute für das Projektgeschäft. ■ ABB, EKZ Getec und Jura Cement haben vereinbart, im Zementwerk Wildegg ein von ABB entwickeltes System zur Stromerzeugung aus Abwärme einzusetzen. Die hochmoderne Lösung basiert auf der ORC-Technologie (Organic Rankine Cycle), die Abwärme in ökologischen

gisch führend in der Absorptionsspektroskopie mithilfe abstimmbarer Diodenlaser», erklärt Geschäftsführer George Balogh, der das Unternehmen weiter leiten wird. SpectraSensors bleibt als Unternehmen eigenständig. Die Firma wurde 2001 aus dem Jet Propulsion Laboratory – dem Strahlantriebslabor der USRaumfahrtbehörde Nasa – heraus gegründet und war zuletzt mehrheitlich im Besitz institutioneller Anleger. Quelle: Endress+Hauser

IN KÜRZE Strom umwandelt. Dies hat zur Folge, dass die Energiekosten im Werk Wildegg erheblich sinken und Jura Cement etwa 20 Prozent weniger Strom beziehen muss. Das System soll im November 2013 in Betrieb genommen werden. ■ Mit dem Kostensparprogramm will Actelion den zahlreichen Herausforderungen begegnen, mit denen sich das Unternehmen derzeit konfrontiert sieht. Hierzu zählen die anhaltende Stärke des Schweizer Frankens, die wachsende Konkurrenz in den Vereinigten Staaten und das schwierige Preisund Rückerstattungsumfeld in Europa. Gleichzeitig richtet das Unternehmen seine Forschungsund Entwicklungsaktivitäten neu aus und wird sich künftig auf seltene Krankheiten und Arzneimittelspezialitäten konzentrieren. Mittelfristig soll so ein zweites Standbein seines Spezialitätengeschäfts aufgebaut werden. ■

Bild: Cactus26 (Wikipedia)

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

Bild 1. Das Mineral Dolomit wurde bereits im 18. Jahrhundert beschrieben und nach dem französischen Geologen Déodat de Dolomieu benannt. Er sammelte seine Proben unter anderem in Teilen der Südalpen (hier die Dreifingerspitze in Südtirol), die heute ebenfalls nach ihm «Dolomiten» genannt werden. Doch das Mineral Dolomit findet sich nicht nur dort, sondern in grossen Mengen rund um den Globus. Bislang fehlte eine schlüssige Erklärung für die Entstehung vieler fossiler Dolomitvorkommen.

Der Einfluss von marinen Bakterien auf die Mineralbildung

Ein wenig Licht auf die Entstehung von Dolomit Die Entstehung des Minerals Dolomit gibt der Forschung bis heute Rätsel auf. Wissenschaftler des Exzellenzclusters «Ozean der Zukunft» und des Geomar (Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel) haben jetzt zusammen mit Kollegen von der ETH Zürich und des Centro de Astrobiología in Madrid gezeigt, dass Bakterien die Bildung von Dolomit ermöglichen können.

Nicht nur in den Dolomiten, sondern weltweit ist Dolomit ein häufig auftretendes Gestein. Es besteht zu über 90 Prozent aus dem gleichnamigen Mineral Dolomit. Erstmals wissenschaftlich beschrieben wurde es bereits im 18. Jahrhundert. Aber wer hätte gedacht, dass die Bildung dieses Minerals bis heute noch nicht vollständig geklärt ist, obwohl Geologen grosse Ablagerungen des direkt (primär) gebildeten Minerals Dolomit aus den vergangenen 600 Millionen Jahren kennen? Der Prozess der primären Dolomitbildung kann heute nur in extremen Ökosystemen wie zum Beispiel bakteriellen Matten in stark salzhaltigen Lagunen und Seen dokumentiert werden. «Da diese Systeme räum16

lich sehr beschränkt sind, gibt es für Geologen eine Erklärungslücke für das weitverbreitete Vorhandensein fossilen Dolomits», erklärt Stefan Krause, Geomikrobiologe am Geomar in Kiel. Ein Team von Biologen und Geochemikern, die gemeinsam im Exzellenzcluster «Ozean der Zukunft» forschen, haben nun in Zusammenarbeit mit Kollegen von der ETH Zürich und des Centro de Astrobiología in Madrid ein wenig Licht ins Dunkel dieses wissenschaftlichen Rätsels gebracht. In einfachen Laborversuchen mit Bakterien, die Schwefelverbindungen statt Sauerstoff zur Energiegewinnung nutzen (Sulfatatmung) und in marinen Sedimenten global verbreitet sind, konnten die Wissenschaftler

die Bildung primärer Dolomitkristalle unter Bedingungen nachweisen, wie sie heute im Meeresboden herrschen. «Das Dolomit fällt ausschliesslich innerhalb von Schleimen aus, welche die Bakterien absondern, um Biofilme auszubilden», berichtet Krause, für den diese Studie ein wichtiger Teil seiner Doktorarbeit darstellte. «Innerhalb des Biofilms herrschen andere chemische Verhältnisse als im umgebenden Wasser. Insbesondere spielt hier das veränderte Verhältnis von Magnesium zu Calcium eine grosse Rolle. Diese Änderungen ermöglichen die Bildung von Dolomitkristallen.» Darüber hinaus hat die Studie noch weitere Einblicke geliefert. «Wir konnten nachweisen, dass sich das Verhältnis verschie7–8/2012

LABORAPPARATE

Wir vertreten:

Bild 2. Das Bild zeigt stark vergrössert den Biofilm einer sulfatreduzierenden Bakterienart. Die Bakterien sind in blau zu sehen, dazwischen hat sich ein Biofilm ausgebildet, in dem in weiss ausgefallene Dolomitkristalle zu sehen sind. Das Bild wurde mit einem konfokalen LaserScanning-Mikroskop aufgenommen.

fatatmenden Bakterien abgebaut wird. Solche Bedingungen sind gegeben, wenn das Meerwasser über dem Meeresboden frei von Sauerstoff ist. In der Erdgeschichte gab es mehrere solcher sauerstofffreien Perioden im Meer, die teilweise im zeitlichen Einklang mit der Ablagerung von Dolomiten stehen.» Quelle: Geomar Originalpublikation Stefan Krause, et al., «Microbial nucleation of Mg-rich dolomite in exopolymeric substances under anoxic modern seawater salinity: New insight into an old enigma», Geology 40 [7], 587–590 (2012)

Weiterer Klärungsbedarf Doch warum werden solche Ablagerungen von primärem Dolomit heutzutage nicht mehr grossflächig im Meeresboden gebildet? «Hier stehen wir immer noch vor einem Rätsel», erläutert Tina Treude, Leiterin der Arbeitsgruppe am Geomar. «Eine Möglichkeit wäre, dass sich massive primäre Dolomite hauptsächlich dann im Meeresboden bilden können, wenn besonders viel organisches Material im Meeresboden von sul7–8/2012

Kontakt Prof. Dr. Tina Treude Geomar, Wischhofstrasse 1–3 D-24148 Kiel Telefon +49 (0)431 600 2837 ttreude@geomar.de www.ifm-geomar.de

Kundendienst

dener Calciumisotope zwischen Umgebungswasser, Biofilm und Dolomitkristallen unterscheidet», erklärt Volker Liebetrau vom Geomar. «Dieses Verhältnis ist für uns ein wichtiges Hilfsmittel zur Rekonstruktion vergangener Umweltbedingungen. Die Tatsache, dass Bakterien in diesen Prozess involviert sind, ermöglicht präzisere Interpretationen von Klimasignalen, die in Gesteinen gespeichert sind.» Der Nachweis der primären Dolomitbildung durch einen so weit verbreiteten Prozess wie die mikrobielle Sulfatatmung unter Bedingungen, wie sie aktuell im Meeresboden herrschen, gibt neue Einblicke in die Rekonstruktion fossiler Dolomitablagerungen.

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Bild 1. Im Ultrahochvakuumsystem werden die Experimente durchgeführt und die Oberflächen mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops abgebildet.

Einzelne Goldatome auf Eisenoxidoberflächen

Der feinste Goldstaub der Welt An der TU Wien ist man auf der Suche nach Gold in möglichst kleinem Massstab. Man vermutet, dass einzelne Goldatome als Katalysatoren den Ablauf chemischer Reaktionen unterstützen. Allerdings verbinden sich die Goldatome meist rasch zu winzigen Goldklumpen aus mehreren Atomen, wenn man sie auf einer Oberfläche platziert. Durch eine spezielle Oberfläche aus Eisenoxid ist einem Forschungsteam für Oberflächenphysik das Kunststück gelungen, Goldatome einzeln festzuhalten. Dadurch sollen Katalysatoren möglich werden, die effizienter sind und mit einer weitaus geringeren Menge des wertvollen Metalls auskommen als bisher.

Gold ist zwar ein Edelmetall, das normalerweise mit anderen Elementen keine chemische Bindung eingeht, doch als Katalysator kann es Reaktionen anderer Substanzen ermöglichen. Es kann beispielsweise zur Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid beitragen. Wie gut Gold als Katalysator wirkt, hängt von der Grösse der verwendeten Goldpartikel ab. Es gibt starke Hinweise darauf, dass die Wirkung besonders gross ist, wenn die Goldatome einzeln vorliegen. Bisher konn18

te das aber nicht genau untersucht werden. «Bringt man Goldatome auf eine Oberfläche auf, ballen sie sich zu Nanopartikeln zusammen – die Wirkung einzelner Goldatome ist daher schwer zu messen», erklärt Gareth Parkinson, der die Forschungen in der Arbeitsgruppe von Ulrike Diebold am Institut für Angewandte Physik der TU Wien durchführte. Je grösser die Temperatur, umso beweglicher werden die Goldatome. Um das Zusammenballen der Goldatome zu Nanop-

artikeln zu verhindern, hätte man bisher allerdings bei so tiefen Temperaturen arbeiten müssen, dass die gewünschten chemischen Reaktionen gar nicht mehr ablaufen. Das Forschungsteam an der TU Wien verwendete eine ganz spezielle Eisenoxidoberfläche, mit der sich die einzelnen Goldatome festhalten lassen. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in winzigen Verzerrungen des Eisenoxid-Kristallgitters. Die Sauerstoffatome auf der Oberfläche sind nicht streng in geraden Reihen ausge7–8/2012

Eine Rohrkennzeichnung ist nur so gut wie der, der sie plant. Bilder: TU Wien

Eine Rohrkennzeichnung ist ein komplexes Thema. Sie soll helfen, s Bedienfehler zu vermeiden s Arbeitssicherheit zu gewährleisten, s die regelmässige Wartung zu erleichtern. Deshalb ist CSF Wunderle der richtige Ansprechpartner für Ihr Unternehmen.

Bild 2. Rastertunnelmikroskop-Aufnahme der Eisenoberfläche mit einzelnen Goldatomen

richtet, sie werden durch die darunterliegenden Atome zu Schlangenlinien verformt. Dort wo sich die Sauerstoffreihen nahekommen, kann sich ein Goldatom dauerhaft anlagern ohne den Halt zu verlieren. Selbst wenn man die Oberfläche erhitzt, bleiben die Goldatome noch einzeln an ihrem Platz – erst bei einer Temperatur von 500 °C lösen sie sich und klumpen zusammen. «Trifft ein Goldatom auf die Eisenoxidoberfläche, bewegt es sich ein kleines Stück, bis es an eine der Stellen gelangt, an der es festgehalten werden kann», berichtet Parkinson. Viele einzelne Goldatome können auf diese Weise knapp nebeneinander positioniert werden. Nur wenn ein Goldatom auf einen Punkt auftrifft, der bereits von einem anderen Goldatom besetzt wird, können die Atome nicht mehr fi xiert werden: Sie verbinden sich und bewegen sich gemeinsam auf der Oberfläche, und bei dieser Wanderung können sie noch weitere Goldatome an sich binden. Ist eine kritische Grösse von zumindest fünf Goldatomen erreicht, bleibt der Minigoldklumpen wieder liegen.

Neue Möglichkeiten für neue Forschung Diebold erwartet, dass durch die neu entwickelte Methode wichtige Fragen der Katalyse geklärt werden können. «Wir konnten ein ideales Modellsystem herstellen, mit dem man die chemische Reaktivität einzel7–8/2012

ner Atome untersuchen kann», sagt Diebold. Auch die theoretische Forschung wird von diesen Erkenntnissen vorangetrieben: Die quantenphysikalisch komplizierten Bindungen zwischen einzelnen Atomen und den Oberflächen bieten eine exzellente Möglichkeit, theoretische Berechnungen auf dem Gebiet der stark korrelierten Elektronensysteme mit experimentellen Daten zu vergleichen. Quelle: TU Wien Originalpublikation Zbynek Novotný, Giacomo Argentero, Zhiming Wang, Michael Schmid, Ulrike Diebold, and Gareth S. Parkinson, «Ordered Array of Single Adatoms with Remarkable Thermal Stability: Au/Fe3O4(001)», Phys. Rev. Lett. 108, 216103 (2012) [5 Seiten].

Kontakt Prof. Ulrike Diebold Institut für Angewandte Physik Technische Universität Wien Wiedner Hauptstrasse 8 A-1040 Wien Telefon +43 1 58801 13425 ulrike.diebold@tuwien.ac.at www.tuwien.ac.at

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Magnete im Nanoformat

Magnetismus von einzelnen Molekülen geschaltet Moleküle als Datenspeicher anstelle von elektronischen oder magnetischen Speicherzellen nutzen zu können, würde die Datenspeicherung revolutionieren. Molekulare Speicherzellen wären tausendfach kleiner als herkömmliche. Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) sind der molekularen Speicherzelle einen grossen Schritt nähergekommen. Es gelang ihnen, den Magnetismus von einzelnen, sogenannten SpincrossoverMolekülen, mithilfe von Elektronenübertragung gezielt ein- und auszuschalten. Die interdisziplinäre Studie belegt, dass das Speichern von Informationen auf den Molekülen technisch machbar ist.

«Weltweit versuchen viele Arbeitsgruppen, die magnetischen Eigenschaften von Molekülen zu beherrschen. Gopakumar bringt mit diesen Messungen das Feld einen wichtigen Schritt voran», freut sich Berndt.

Spincrossover-Komplexe

Bild: Holger Nagger t und Thiruvancheril Gopakuma

Die Moleküle (Spincrossover-Komplexe) wurden am Institut für Anorganische Chemie der CAU hergestellt. «Auch wenn die Suche nach geeigneten Molekülen sehr langwierig war, sind wir mit diesem Ergebnis sehr zufrieden», betont Felix Tuczek, Leiter der Arbeitsgruppe Anorganische Molekülchemie. Als Nächstes, sagt er, wolle man die Moleküle derart verändern, dass sie sich auch mit Licht und bei höheren Temperaturen schalten liessen. Quelle: Christian-AlbrechtsUniversität zu Kiel

Bild 1. Computermodell der Doppelschicht von Spincrossover-Molekülen auf einer Goldoberfläche: Mit der STM-Spitze des Rastertunnelmikroskops lassen sich einzelne Moleküle schalten.

«Wir wussten, dass es prinzipiell möglich ist, Information in einem einzelnen Molekül zu speichern, doch Techniken, mit denen sich dies realisieren lässt, werden erst seit Kurzem nach und nach verfügbar», erläutert Projektleiter Richard Berndt vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) die Motivation zu der Untersuchung. Seit den 1980er-Jahren, so Berndt, werden einzelne Moleküle an Oberflächen mit Rastertunnelmikroskopen abgebildet. In der aktuellen Forschung ginge es darum, gezielt 20

bestimmte Moleküleigenschaften zu verändern und damit langfristig technische Anwendungen zu ermöglichen. Mit einem Rastertunnelmikroskop gelang es Berndts Mitarbeiter Thiruvancheril Gopakumar, die magnetischen Eigenschaften einzelner Moleküle zwischen zwei Zuständen zu schalten. Obwohl die Moleküle dabei in dicht gepackten Schichten lagen, konnte er einzelne Moleküle auswählen und diese gezielt schalten. Die gezielte Kontrolle über einzelne Moleküle macht das Speichern von Informationen möglich.

Originalpublikation Thiruvancheril G. Gopakumar, Francesca Matino, Holger Naggert, Alexander Bannwarth, Felix Tuczek and Richard Berndt, «Elektroneninduzierter SpinCrossover von Einzelmolekülen in einer Doppellage auf Gold», Angewandte Chemie 124, 6367–6371 (2012). Kontakt Prof. Dr. Richard Berndt Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Institut für Experimentelle und Angewandte Physik Leibnizstrasse 19, D-24098 Kiel Telefon +49 (0)431 880 3946 berndt@physik.uni-kiel.de www.ieap.uni-kiel.de 7–8/2012

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

Warum zwei Isolatoren gemeinsam Strom leiten können

Ein erstaunliches Phänomen geklärt

Bild: PSI

Bild: PSI/M. Fischer

Wie können zwei Materialien, die keinen Strom leiten, eine elektrisch leitende Schicht bilden, wenn man sie miteinander verbindet? Seit Entdeckung dieses Effekts 2004 haben Forscher verschiedene Ansätze entwickelt, um diese Frage zu beantworten. Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des Paul Scherrer Instituts die Kontroverse wohl entschieden. Es hat gezeigt, dass es die Kombination der Eigenschaften der beiden Materialien ist, die den Effekt erzeugt und damit die Vorstellung widerlegt, dass sich an der Grenzfläche die Materialien vermischen und ein neues leitendes Material bilden. Die untersuchten Materialien sind Perowskite, die eine wesentliche Rolle für zukünftige elektronische Geräte spielen dürften.

Bild 1. Claudia Cancellieri und Mathilde Reinle-Schmitt an einer Anlage, an der mithilfe eines Lasers dünne Schichten von unterschiedlichen Materialien hergestellt werden können.

Im Jahr 2004 entdeckten Forscher etwas Erstaunliches: Verbindet man die beiden Substanzen SrTiO3 und LaAlO3, die beide selbst keinen Strom leiten, bildet sich an der Grenzfläche ein dünner elektrisch leitender Bereich. Gleich entstanden mehrere Ansätze, die den Effekt erklären sollten, und zu andauernden Kontroversen führten. «Es gibt Konferenzen, auf denen sich die Mehrheit aller Beiträge mit diesem Effekt beschäftigen», sagt Mathilde Reinle-Schmitt, Forscherin am PSI. Bis heute überlebt haben im Wesentlichen zwei Erklärungsansätze. Um Klarheit in die Kontroverse zu bringen, haben Forscher des PSI mit Kollegen der Universität Genf entsprechende Experimente durchgeführt. Wichtige theoretische Einsichten zu diesen 22

Experimenten haben Forscher der Université de Liège beigetragen.

Vermischung oder polare Katastrophe? Die beiden untersuchten Substanzen sind komplex aufgebaute Oxide – sogenannte Perowskite – mit einer typischen Ebenenstruktur. In SrTiO3 wechseln sich Ebenen aus Strontiumoxid (SrO) mit solchen aus Titandioxid (TiO2) ab; in LaAlO3 sind es Ebenen von Lanthanoxid (LaO) und Aluminiumdioxid (AlO2). Dabei unterscheiden sich die beiden Substanzen in einem Punkt: In SrTiO3 sind beide Ebenen elektrisch neutral, in LaAlO3 sind sie abwechselnd positiv und negativ geladen.

Bild 2. Struktur des im Experiment unersuchten Materials: Unterer Teil: das reine SrTiO3 (dunkelblau: Strontium Sr, türkis: Titan Ti, grau: Sauerstoff O) mit den abwechselnden Ebenen aus SrO und TiO2. Oberer Teil: Gemisch aus SrTiO3 und LaAlO3 (rot: Lanthan La, orange: Aluminium Al).

Die Kombination zweier solcher Materialien führt nach Ansicht einer Gruppe von Forschern zur Entstehung hochbeweglicher Elektronen an der Grenzfläche zwischen den beiden Materialien – Elektronen, die den elektrischen Strom transportieren und so das Material leitend machen (Bild 2). Aber erst wenn die LaAlO3-Schicht ausreichend dick ist. Sonst ist die Materialkombination ein Isolator. Dieser Ansatz ist als «polare Katastrophe» bekannt. Andere Forscher sind hingegen davon überzeugt, dass die Leitfähigkeit entsteht, weil sich die beiden Substanzen bekanntermassen an der 7–8/2012

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

Grenzfläche vermischen und dies der Ursprung einer neuen, leitenden Substanz ist.

diese Ergebnisse mit Hilfe der Vermischung zu erklären.»

Das passende Experiment

Vielfältige Anwendungen in Sicht

Um die Kontroverse zu klären, wollten die Forscher die Frage beantworten: «Ist ein Gemisch der beiden Substanzen leitend?» Dazu Reinle-Schmitt: «Wir haben wieder mit SrTiO3 als Unterlage angefangen und darauf Gemische von SrTiO3 und LaAlO3 in verschiedenen Mischverhältnissen und Schichtdicken aufgebracht und die Leitfähigkeit gemessen. Das Ergebnis war überraschend: Für dünne Schichten des aufgetragenen Gemisches war das System ein Isolator, für dickere Schichten wurde die Grenzfläche leitend. Und zwar muss die Schicht umso dicker sein, je weniger LaAlO3 in dem Gemisch enthalten ist. Diese Ergebnisse entsprechen perfekt den Voraussagen der polaren Katastrophe», so PSI-Forscherin Claudia Cancellieri. «Es wäre sehr schwierig,

Perowskite, zu denen die untersuchten Substanzen gehören, haben oft interessante elektrische und magnetische Eigenschaften, die zum Teil noch nie in anderen Materialien beobachtet worden sind. Eine weitere wichtige Besonderheit nennt Philip Willmott, Leiter der Arbeitsgruppe am PSI: «Im Gegensatz zu den heute genutzten Halbleitern, haben verschiedene Perowskite eine ähnliche Struktur und lassen sich so leicht zusammenfügen, sodass man leicht verschiedene Eigenschaften in einem Baustein kombinieren könnte – Supraleiter mit Materialien, die sehr empfindlich auf Magnetfelder reagieren oder solchen, mit denen man Substanzen in der Luft nachweisen kann.» Materialien, in denen der

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Strom nicht in alle drei Raumrichtungen fliessen kann, sondern in nur einer oder wie hier zwei sind auch ein aktuelles Forschungsthema, das zahlreiche Anwendungen erwarten lässt. Quelle: PSI Originalpublikation M. L. Reinle-Schmitt, C. Cancellieri, D. Li, D. Fontaine, M. Medarde et al., «Tunable conductivity threshold at polar oxide interfaces», Nature Communications 3, 932 (2012), doi:10.1038/ncomms1936

Kontakt Prof. Philip Willmott Paul Scherrer Institut CH-5232 Villigen PSI Telefon +41 (0)56 310 51 26 philip.willmott@psi.ch www.psi.ch

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MALDI TOF(TOF)-MS mit 17 Meter Flugweite

Spiralförmig zur Hochauflösung Seit über 40 Jahren steht die Brechbühler AG für innovative analytische Lösungen im Bereich der Chromatografie und deren Kopplungen mit Massenspektrometern. Die Zusammenarbeit mit JEOL ermöglicht es dem Unternehmen auch auf Flugzeitmassenspektrometern (TOF) basierende Lösungen anzubieten. Unter den TOF-MS steht mit dem SpiralTOF ein MALDI TOF(TOF) Massenspektrometer mit einer Flugweite von 17 Meter zur Verfügung.

spielsweise der Biochemie, der Polymerforschung oder den Materialwissenschaften.

Ionisierung: MALDI

Bild 1. MALDI-Target-Platte

Das SpiralTOF ist ein MALDI TOF(TOF)Massenspektrometer für anspruchsvolle analytische Aufgaben aus allen wissenschaftlichen Forschungsgebieten, wie bei-

Bild 2. Reduktion des topografischen Effekts

Bild 4. Auflösung vs. Massenbereich

Die Ionisierung der Proben erfolgt mit matrixunterstützter Laser-Desorption/Ionisation (MALDI). Die Target-Platten haben 384 Spots für Proben (blau in Bild 1) und 96 Spots zur Massenkalibrierung (gelb in Bild 1) – einen Spot pro vier Proben. Jede Target-Platte ist mit einer einzigartigen Nummer versehen, welche die Probenidentifikation gewährleistet und mit den MSDaten abgelegt wird. Bei der Präparation der Proben kann die Matrix auf der Platte unterschiedlich hohe Kristalle ausbilden. Bei der Desorption der Kristalle führen diese Höhendifferenzen zu leicht unterschiedlichen Flugzeiten (Bild 2). Die lange Flugstrecke im SpiralTOF reduziert diesen topografischen Effekt auf ein Minimum, was zu einer höheren Massenauflösung und Massengenauigkeit im Vergleich mit herkömmlichen TOF führt.

Bild 3. Flugbahn der Ionen im SpiralTOF

Funktionsweise der Ionenoptik im SpiralTOF Die patentierte Ionenoptik bietet im SpiralTOF siebzehn Meter Flugstrecke in kompakter Form. Dabei zirkulieren die Ionen achtmal in der spiralförmigen Konstruktion (Bild 3).

Bild 5. Trennung der Isotopenpeaks von Oxazepam/Diazepam (JEOL App.-Note: MS-110623A)

7–8/2012

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wurde im Massenspektrum eines Phosphopeptids (Bild 8) das Precursor-Ion mit m/z 2061.8 ausgewählt und mittels HE-CID ein Produktionenspektrum aufgezeichnet (Bild 9).

Spiralförmig zum Ziel Die gezeigten Konfigurationen des SpiralTOF mit den ausgewählten Applikationen bilden nur einen kleinen Teil des Potenzials dieser Technologie ab. Für weitere Informationen zum Gerät oder den möglichen Einsatzgebieten stehen die Mitarbeiter der Brechbühler AG zur Verfügung.

Bild 6. Lineare vs. spiralförmige Flugbahn der Ionen

Bild 7. Ionenflugbahn im TOF-TOF-Modus

Kontakt Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

Nach jedem Umlauf werden die Ionenpakete erneut fokussiert. Die wiederholte acht fache Fokussierung garantiert auch beim extrem langen Flugweg eine Auflösung von mehr als 60 000 (FWHM) über einen sehr grossen Massenbereich (Bild 4).

Konfigurationen des SpiralTOF ■ MALDI SpiralTOF MS. Dieses Modell ist mit der oben beschriebenen Ionenoptik ausgestattet und eignet sich durch die hierdurch erzielte hohe Massenauflösung unter anderem zur Analyse komplexer Wirkstoffmischungen (Bild 5).

Bild 8. Phosphopeptid-Massenspektrum

■ MALDI SpiralTOF MS mit Linear TOF Option. Bei diesem Modell wurde das SpiralTOF um ein lineares TOF erweitert (Bild 6). Die Kombination beider Technologien erlaubt zum Beispiel die Analyse von Trypsin-verdautem Rinderalbumin (BSA) und intaktem BSA auf einem Gerät (JEOL App.-Note: MS-TIPS #166). ■ MALDI SpiralTOF-TOF MS. Die Ausführung mit SpiralTOF-TOF-MS-Option kann Produktionenspektren aus hochenergetischen stossinduzierten Dissoziationen (HECID) ausgewählter, «isotopenreiner» Precursor-Ionen aufnehmen (Bild 7). Diese Kopplungstechnik erlaubt beispielsweise die Untersuchung von Phosphopeptiden (JEOL App-Note: MS-120308A). Hier 7–8/2012

Bild 9. HE-CID-Produktionenspektrum

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Netzwerkfähige Visualisierungsgeräte

Externe Steuerung von Panel-PC in Ex-Bereichen Eine sichere und effiziente Steuerung von Maschinen und Anlagen in explosionsgefährdeten Zonen ist ohne explosionsgeschützte Panel-PC nicht mehr vorstellbar. Direkt vor Ort visualisieren sie Prozesse zuverlässig und bedienerfreundlich. Zunehmend wird im Anlagenbau jedoch ihre einfache und hochgradig datensichere Integration in eine moderne Netzwerkumgebung wichtig, um Anlagen auch von aussen steuern zu können. Die PolarisBaureihe von Bartec bringt die Bedienoberfläche – per Ethernet und Internet – an den gewünschten Ort: in das Remote Office des Bedieners ebenso wie in die Support-Abteilung des Anlagenbauers oder zu einem externen Wartungs- und Servicepartner.

Filtrationstechnische Lösungen des Maschinenbaus für die mechanische Verfahrenstechnik für kontinuierliche Prozesse und die Chargenproduktion decken sehr grosse Anwendungsbereiche in der Chemie, Pharmazie, Lebensmittel- und Umwelttechnik ab. Alle dort eingesetzten Maschinen und Anlagen zeichnen sich durch hohe Leistungsfähigkeit sowie eine robuste Konstruktion aus – und durch Wartungsfreundlichkeit. Um diese für komplexere Maschinen weiter zu optimieren, sind oft Visualisierungslösungen notwendig, die über die Grundanforderungen hinaus den heutigen Kommunikationsmöglichkeiten gerecht werden und sich in Fernwartungskonzepte einbinden lassen.

Polaris Comfort Touch Panels von Bartec erfüllen alle Anforderungen an moderne explosionsgeschützte Visualisierungsgeräte. Sie sind in der Zündschutzart q (Sandkapselung) ausgeführt. Die elektrischen Anschlüsse erfolgen über einen Klemmraum

Bild 1. In explosionsgefährdeten Zone (bis Zone 1) können Bedienungen direkt via Touchpanels vorgenommen werden.

Bilder: Bartec

Prozessvisualisierung

Bild 2. Die Anlage lässt sich vor Ort am Ex-geschützten Panel oder per Fernzugriff via Internet bedienen.

der Zündschutzart e (erhöhte Sicherheit) und Zündschutzart i (Eigensicherheit). Erhältlich in den Grössen 5,7", 10,4" und 12,1", bieten sich diese Geräte als Human Machine Interface zur Steuerung einfacher Maschinen sowie für die Bedienung komplexerer Maschinen oder auch einfacher Anlagen an. Darüber hinaus vervollständigen Touch Panels in den Grössen 12,1" und 24" mit Widescreen Display mit LED-Hintergrundbeleuchtung die Panel PC-Serie. Diese bieten bei einer hohen Auflösung mehr Platz für die Visualisierung und Steuerung von Automatisierungsaufgaben.

Komplexe Prozesse können mithilfe der grossen Anzeigefläche übersichtlicher und detaillierter dargestellt werden. Alle PolarisGeräte sind nach ATEX, IECEx, InMetro und Ghost R für den weltweiten Einsatz im Gasund Staub-Ex-Bereich zertifiziert. Der AMD-Prozessor LX800 bietet ausreichend Rechnerleistung zur Darstellung von HTML-Seiten oder als Remote-Client. Für eine höhere Rechnerleistung steht optional ein Intel Atom mit 1,6 GHz zur Verfügung. Durch die integrierte Tastaturanpassung für Windows, WinCC flexible, RS View oder die speziell für die Polaris-Serie entwickelte 7–8/2012

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bestimmte Masken, Prozessebenen oder Eingabefelder nutzen können.

Embedded-Gerät mit RemoteDesktop-Funktion

Bild 3. Dank Virtual Network Computing sind die Bildschirminhalte der Panels auf einem lokalen Rechner verfügbar sowie im Gegenzug Tastatur- und Mausbewegungen des lokalen Rechners an den Panels.

BMS Graf pro 7 sind die Panel PC offen für alle Visualisierungsaufgaben. In der vorliegenden Applikation entschied man sich für die Geräteversion Polaris Touch Panel 12,1". Der übersichtliche Bildschirm mit einer Auflösung von 1024×768 Bildpunkten (XGA) erlaubt dem Benutzer, alle für den Prozess notwendigen Informationen auf einen Blick zur Verfügung zu haben. Ausschlaggebend waren aber auch die Bedienung über Touch-Screen sowie die Möglichkeit der Prozesskopplung über Ethernet. Durch ein sehr kurzes Antwortzeitverhalten der Lösung per EthernetKopplung minimiert sich die Wartezeit. Die Antwort liegt praktisch in dem Augenblick vor, mit dem sie vom System oder vom Bediener angefordert wird. Die Geräte, die der Kunde in der Anlage verteilt betreibt, werden von einer zentralen Steuerung über Modbus TCP-Protokoll mit Visualisierungsdaten versorgt. Softwareseitig sind die eingesetzten Touch Panels mit Windows XP Embedded ausgerüstet. Der ebenfalls installierte Enhanced Write Filter von Microsoft sorgt zudem für 7–8/2012

eine verbesserte Ausfallsicherheit, da die Geräte bei unbeabsichtigtem Abschalten vor Datenverlust geschützt werden. Der grundlegende Schutz gegen Viren ist zudem auch ohne Virenscanner automatisch vorhanden, da diese nach Wiedereinschalten des Geräts eliminiert sind. Als Visualisierungssoftware nutzt der Kunde BMS Graf pro 7 für Windows XP mit der Möglichkeit, die Geräte dezentral vor Ort zu bedienen und Projekte über das Ethernet zu übertragen. Im Speziellen bedient sich der Kunde der neuen grafischen Elemente wie Touch-Buttons und BitmapGrafiken, um die entsprechenden Visualisierungsbilder zu erzeugen. Die vielfältige und komfortable Bedienung der Anlage wird hierdurch ermöglicht. Ein weiterer Vorteil der Bartec-eigenen Software ist die integrierte Benutzerverwaltung. Im Rahmen eines Sicherheitskonzepts hat der Kunde direkt am Panel mehrere Benutzerprofile mit den jeweiligen Zugriffs- und aufgabenbezogenen Rechten eingerichtet. Dadurch lässt sich die Fehlbedienung minimieren, da einzelne Benutzerebenen nur

Darüber hinaus wurde in der vorliegenden Applikation ein weiterer Schritt realisiert: Die Fernwartung der Maschinensteuerung und der Bedieneinheiten im Ex-Bereich vom Remote Office aus über das Internet. Hierzu wurde ein VNC-Server auf jedem Gerät installiert. Ein im Office-Bereich installierter VNC-Client hat nach dem Verbindungsaufbau und Geräte-Log-in vollen Zugriff auf das Gerät über Ethernet. Damit wird der Eingriff in die Steuerung aus der Ferne möglich. Um eine höchstmögliche Datensicherheit zu gewährleisten, wird ein separater Server dazwischengeschaltet. Dieser kommuniziert sowohl mit dem Touch Panel als auch mit dem PC im Remote Office, während die Übertragung der Visualisierungsdaten davon getrennt über eine separate Ethernet/Internet-Verbindung erfolgt. In definierten zeitlichen Abständen weist der Server sowohl dem Polaris Touch Panel als auch dem Remote-PC im Remote Office neue IP-Adressen zu. Ein fremder Computer, der in die Kommunikation eintreten möchte, fällt somit aus der laufenden Kommunikation heraus und kann diese auch nicht mehr aufnehmen.

Die Visualisierungslösung mit Mehrwert Mit den Polaris Touch Panels 12,1“ konnte die Fernwartungs-Anwendung erfolgreich umgesetzt werden. Die Projektpflege und Projektmodifikation sowie die Bedienung sind nun aus der Ferne unter den grösstmöglichen Sicherheitsanforderungen möglich. In dieser Konfiguration mit Windows XP Embedded und Fernbedienung per Ethernet bieten die Polaris-Visualisierungssysteme zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten im Ex-Bereich. Kontakt Bartec Engineering + Services AG Hinterbergstrasse 28 CH-6330 Cham Telefon +41 (0)747 27 27 info@bartec.ch www.bartec.ch 27

BERICHTE ÜBER FIRMEN

Clariants Beitrag zur Biomasseverwertung

Grüne Chemikalien und Cellulose-Ethanol Im Rahmen des im Juni von Clariant in München organisierten Capital Markets & Media Day 2012 konnte das Biotech Center der ehemaligen Süd Chemie an der Staffelseestrasse in München besucht werden. Hier werden mit modernsten Methoden Verfahren entwickelt, mit denen Biokraftstoffe (Cellulose-Ethanol) und biobasierte Chemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen wie Getreide-, Reis- oder Maisstroh produziert werden können.

Kurt Hermann, «ChemieXtra» Vor dem Rundgang durch die Räume der F&E-Einrichtungen der ehemaligen Süd Chemie in München erinnerte Andre Koltermann, Leiter des Biotech & Renewables Centers, daran, dass die gesamte Wirtschaft auf der Verfügbarkeit von Öl und anderen fossillen Energieträgern aufgebaut ist. Die Herausforderung des laufenden Jahrhunderts sei es, Alternativen zu den nicht unbeschränkt verfügbaren fossilen Ressourcen zu erschliessen. Und hier kommt die Verwertung von Biomasse ins Spiel. Allerdings werden aktuell weltweit nur einige Prozent der Biomasse für die Stromund Wärmeerzeugung, die Treibstoffproduktion sowie die Produktion von Chemikalien durch Weisse Biotechnologie eingesetzt. Dies muss sich unbedingt ändern. Mit dem 2006 gegründeten R&D Center engagiert sich Clariant hier an vorderster Front. Die rund 70 Mitarbeiter haben die folgenden Vorgaben: • Entwicklung von Verfahren zur Produk tion von Biokraftstoffen

und biobasierten Chemikalien aus erneuerbaren Rohstoffen • Auffinden starker Technologieplattformen, die auf Systemlösungen aus einer Hand für die nachhaltige Produktion von biobasierten Chemikalien aufbauen.

Die Ausgangsmaterialien sind unproblematisch Lignozellulosen bilden die Gerüstsubstanz der Zellwände in Biomasse aus Forst- und Landwirtschaft. Die stabile Struktur besteht aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Die genaue Zusammensetzung variiert je nach Pflanze. Getreide-, Reis- oder Maisstroh sind ideale Rohstoffe für die Herstellung von CelluloseEthanol, da sie nicht – wie beispielsweise Zuckerrohr – mit der Produktion von Nahrungs- oder Futtermitteln konkurrieren. Zudem ist die Herstellung von Bioethanol basierend auf diesen Rohstoffen nicht mit einer zusätzlichen Landnutzung verbunden, denn sie fallen als Nebenprodukt der be-

Bild 1. Ultra-High-Throughput-Screening: Effiziente Detektion und Selektion von Biokatalysatoren

stehenden Reis-, Mais- und Getreideproduktion an.

Ohne Biokatalysatoren geht es nicht Die Natur hat für alle Auf- und Abbauprozesse Mikroorganismen hervorgebracht, auch für den Celluloseabbau. Im R&D Center in München wird mit unterschiedlichen Mikroorganismen mit unterschiedlichen Eigenschaften gearbeitet. Ziel ist es, ausgehend von natürlichen Katalysatoren – Bakterien, Hefen, Pilzen – deren Enzyme so umzuwandeln, dass sie ihre Arbeit, beispielsweise den Celluloseabbau, noch besser machen. Bei Clariant setzt man dabei auf eine beschleunigte Evolution im Labor. Dabei werden aus einzelnen Biokatalysatoren viele Varianten produziert. (Die meisten Mutationen sind schlechter!) In automatisierten Verfahren, die nach der Suche einer Nadel im Heuhaufen erinnern, werden die Varianten mit verbesserten Eigenschaften herausgesucht und isoliert. Diese Technologie

Bild 2. Multi-Reaktoranlage zur Erzeugung biobasierter Produkte mittels heterogener Katalyse

7–8/2012

Bilder 1–4: Clariant

BERICHTE ÜBER FIMREN

Bild 3. Multiverzuckerung: Testanlage zur Hydrolyse von lignozellulosehaltigen Pflanzen.

Bild 4. Blick in die Demonstrationsanlage in Straubing zur Herstellung von Cellulose-Ethanol aus Agrarreststoffen

Bild: Clariant/Kurt Hermann

Demonstrationsanlage eingeweiht

Bild 5. Die Prozesstufen des sunliquid-Prozesses

wurde in den letzten 10, 15 Jahren perfektioniert. Wie gut die Enzyme arbeiten zeigen Tests auf dem vorgesehenen Substrat. Dank automatisierten Plattformen können in kurzer Zeit einige 100 000 Biokatalysatorvarianten verglichen werden. Nach der Optimierung im Labormassstab folgen die Tests in produktionsnahen Pilotanlagen.

Die Technologieplattfom sunliquid Mit dem sunliquid-Prozess von Clariant werden Zucker der 2. Generation (2G) produziert, die sich in sogenannte «Grüne Chemikalien» (zum Beispiel organische Säuren) oder durch Fermentation in den Biokraftstoff Cellulose-Ethanol umwandeln lassen. Cellulose-Ethanol kann sowohl als Treibstoff als auch als Ausgangsmaterial für weitere Chemikalien wie beispielsweise «Grünes Ethylen» dienen. Die einzelnen Prozessstufen bis zum Cellulose-Ethanol sind in Bild 5 schematisch 7–8/2012

dargestellt. Der vorbehandelte Rohstoff (zum Beispiel Getreidestroh) wird mit rohstoff- und prozessspezifischen Enzymen hydrolysiert. Einige Prozent des vorbereiteten Ausgangsmaterials werden für die Aufzucht der Mikroorganismen eingesetzt. Dabei wird ausreichend viel Enzym für die Hydrolyse der gesamten Masse produziert. Es folgt die Fermentation der freigesetzten C5- und C6 -Zucker mit einem neu entwickelten Hefeorganismus. Ungefähr 50 Prozent Energie im Vergleich zur Destillation des Cellulose-Ethanols lassen sich dank eines speziellen Absorptionsverfahrens für Ethanol einsparen. Aus 4 bis 5 Kilogramm Stroh werden ohne zusätzliche fossile Energie 1 Kilogramm Ethanol produziert, was einer CO2-Einsparung von rund 95 Prozent entspricht. Hinzu kommt eine hohe Prozessausbeute (85 Prozent der Theorie). Dies alles, verbunden mit der energiesparenden Isolierung des Ethanols, resultiert in Produktionkosten, die nach Koltermann mit jenen der 1. Generation konkurrenzfähig sind.

Am 20. Juli 2012 wurde gemäss einer Pressemeldung von Clariant im bayrischen Straubing die grösste Demonstrationsanlage in Deutschland zur Herstellung von Cellulose-Ethanol aus Agrarreststoffen eingeweiht. «Der Start der neuen Anlage ist ein wichtiger Meilenstein zur Herstellung eines klimafreundlichen Biokraftstoffs und gleichzeitig Grundstoffs für die chemische Industrie», sagte Clariant-CEO Hariolf Kottmann. Das Projekt umfasst ein Gesamtvolumen von rund 28 Millionen Euro und soll zeigen, dass man mittels der von Süd Chemie/ Clariant entwickelten sunliquid-Technologie aus 4500 Tonnen Weizenstroh jährlich bis zu 1000 Tonnen Cellulose-Ethanol herstellen kann. Studien nennen insgesamt ein Potenzial von rund 22 Millionen Tonnen Stroh, die in Deutschland bei Berücksichtigung der notwendigen Bodenregeneration energetisch verwertet werden könnten. Damit könnten etwa 25 Prozent des aktuellen Benzinbedarfs in Deutschland abgedeckt werden. Auf einer Grundfläche von rund 2500 Quadratmetern werden in Straubing alle Prozessschritte dargestellt, die später in einer grossindustriellen Anlage zum Einsatz kommen, um die technologische Durchführbarkeit der sunliquid Technologie zu bestätigen. «Die Ergebnisse, die wir nun in Straubing gewinnen, werden es uns ermöglichen, industrielle Produktionsanlagen effizient und wirtschaftlich zu planen und schliesslich zusammen mit Partnern zu realisieren», so Koltermann. ■ 29

BERICHTE ÜBER FIRMEN

Lauda auf der Achema 2012

Weltweit immer die richtige Temperatur Mit einer geballten Ladung an neuen und verbesserten Geräten präsentierte sich Lauda auf der diesjährigen Achema. Das Produktprogramm reicht vom kompakten Laborthermostaten über industrielle Umlaufkühler bis zu kundenspezifisch projektierten Heiz- und Kühlsystemen mit über 400 Kilowatt Kälteleistung.

Im Jahr 1956 gründete Rudolf Wobser in Lauda das Messgeräte-Werk Lauda Dr. R. Wobser KG. Sein Enkel Gerhard Wobser, der Geschäftsführende Gesellschafter des Unternehmens, wies nicht ohne Stolz anlässlich der Pressekonferenz an der diesjährigen Achema in Frankfurt am Main auf Meilensteine in der Firmengeschichte hin: den ersten industriell gefertigten Thermostaten, die Proportionalkühlung sowie den ersten Mikroprozessorthermostaten im Jahr 1982. Gemäss Wobser ist Lauda die grösster Herstellerin von Temperiergeräten. Besondere Anstrengungen werden gegenwärtig bei der industriellen Viskosimetrie und Tensiometrie unternommen. Vorgestellt wurde beispielsweise Viscocool, ein Thermostat ohne externen Zusatzkühler sowie kleiner Stellfläche (200 mm), geeignet zur Temperierung von Glaskapillarviskosimetern. Aktuell beschäftigt das Unternehmen 380 Mitarbeiter, davon 65 im Ausland in 8 Tochtergesellschaften. Sowohl die Mitarbeiterzahl als auch der Umsatz – 65 Millionen Euro im Jahr 2011 – sind in den letzten beiden Jahren stark angestiegen. Gemäss Wolber war dies 2010 auf organisches Wachstum und 2011 auf die erste Aquisition in der Firmengeschichte zurückzuführen.

Die erste Akquisisiton Lauda hat vom amerikanischem Filterspezialisten Donaldson das Geschäft der industriellen Umlaufkühler übernommen. Im spanischen Terrassa werden diese unter dem Namen Lauda Ultracool hergestellt. Aktuell besteht die Linie aus je 18 Gerätetypen mit und ohne Pumpe. Mit Kälteleistungen bis zu 265 kW bei Arbeitstempera30

Bild: Lauda

Kurt Hermann, «ChemieXtra»

Gunther Wobser, geschäftsführender Gesellschafter von Lauda, präsentiert die neuen Gerätelinien Microcool und Variocool.

turen von –5 bis +25 °C und Umgebungstemperaturen von –15 bis +50 °C sind sie für Industrieanwendungen gedacht: Haupteinsatzgebiete sind Druckmaschinen, Spritzgiessanlagen, Laserbearbeitungsgeräte und Sortiermaschinen.

Für jeden Anwender etwas Wobser sagte abschliessend: «Ich hoffe, dass wir unsere Wettbewerbsposition weiter stärken können durch diese neuen Geräte.» Gemeint waren eine ganze Reihe von neuen oder überarbeiteten Geräten, die Möglichkeit der Fernwartung von Temperiergeräten sowie Heiz- und Kühlsystemen. Hier eine kleine Auswahl: ■ Ab dem zweiten Quartal 2013 wird mit den günstigen Umlaufkühlern Microcool eine neue Gerätelinie für einfache Kühlanwendungen verfügbar sein. Die fünf kompakten Modelle werden Kälteleistungen von 0,2 bis 1,2 kW aufweisen.

■ Die neuen Umlaufkühler Variocool sind Nachfolger der Lauda-WK-Klasse. Die 13 Modelle mit einem weiten Leistungsspektrum sowie vielfältigen Optionen für anspruchsvolle Temperieraufgaben werden ab November 2012 erhältlich sein. ■ Eine Kälteanlage mit einem grossen Temperaturbereich ist die Prozesskühlanlage Kryoheater KH 150. Sie erschliesst den technischen Anwendungsbereich zwischen Laborthermostat und Heiz- und Kühlanlage. ■ Ab November 2012 besteht die Möglichkeit einer Fernwartung von Lauda-Temperiergeräten. Zunächst ist die Fernwartung für die Gerätelinie Integral XT verfügbar. Geplant ist auch die Umsetzung für alle Gerätelinien, in die eine Ethernet-Schnittstelle integriert werden kann, das heisst Proline, ECO und Variocool. ■ Ab sofort können Heiz- und Kühlsysteme ferngewartet werden. Für Anlagen mit SPSSteuerung und SR 600-Regler ist die Fern■ wartung nachrüstbar. 7–8/2012

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Gemeinsam immer einen Schritt voraus 7–8/2012

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Energie und Effizienz

Nachhaltigkeit durch Automatisierungslösungen «Energie und Effizienz – mehr Nachhaltigkeit durch Automatisierungslösungen» war das Thema der diesjährigen Fachpresstagung von Endress+Hauser. Nach einem Besuch des Kavernenkraftwerks der Schluchseewerk AG in Bad Säckingen wurde in Reinach über das Thema «Enegiemanagement» informiert, durch Referate sowie einer Besichtigung der Energiemonitoringlösung in der Produktion der Endress+Hauser Flowtec AG. Auf der Bilanzpressekonferenz in Basel am folgenden Tag wurde über einen erfreulichen Geschäftsgang berichtet.

Kurt Hermann, «ChemieXtra» «If you can not measure it, you can not improve it.» Diese Aussage von Lord Kelvin in leicht modifizierter Form zitierte Oliver Seifert: «Was ich nicht messe, kann ich nicht steuern.» Seifert setzt sich bei Endress+ Hauser (E+H) seit einigen Jahren mit dem Thema «Energieeffizienz» auseinander, dessen Basis die Energiemessung ist. Er betonte, dass Schätzungen in diesem Zusammenhang nicht brauchbar sind. Bei der Verwendung «günstiger» Messtechnik treten erfahrungsgemäss oft Messfehler von 20 und mehr Prozent auf. Entscheidungen, die auf derartigen Messungen basieren, können bis zu 100 Prozent falsch sein. Die Daten aus den Energiemessungen, beispielsweise volumetrische Messgrössen oder Differenzdrucke, müssen dann in Grössen wie Normvolumen, Masse oder Energie umgerechnet werden. Diese wiederum müssen übertragen, aufgezeichnet und visualisiert werden. Dann folgt die Analyse. Ein klassisches Beispiel sind Aussagen darüber, wieviel Energie benötigt wird, um eine Tonne eines Produkts herzustellen.

Zwei Beispiele aus der Praxis Viele Kunden setzen Energiemonitoring von E+H ein, vor allem Firmen in der Nahrungsund Genussmittelindustrie sowie Brauereien. Seifert illustrierte an Beispielen, wie dank Energiemonitoring oft auch Überraschendes zum Vorschein kommt in der Form bislang verborgener Einsparpotenziale. Eine Klosterbrauerei in Belgien Die Tapistenmönche in Chimay produzieren neben Bier auch Käse und Würste. Sie wollten wissen, wieviel Dampf in die drei Herstellungsbereiche geht. Dank des Einsatzes von Vortex-Geräten konnte – als Nebeneffekt! – festgestellt werden, das zwischen dem Kesselhaus und der Verteilung 35 Prozent Dampf fehlten. Dies war darauf zurückzuführen, dass die Dampfversorgungsleitungen grösstenteils nicht isoliert waren. Da zudem der Kondensatableiter während Jahren nicht gewartet worden war, wurde ein Teil des Dampfs permanent zurückgeleitet. Die Kosten für die Umsetzung der erforderlichen Massnahmen waren innerhalb eines Jahrs wieder hereingeholt.

Bild 1. Auch bei Flowtec (hier die Endmontage) konnte die Energieeffizienz wesentlich verbessert werden.

Dairy Crest Daily Crest ist Grossbritanniens führende Herstellerin von Molkereiprodukten. Hier wurde eine Überwachung der Effizienz von drei Dampfkesseln mit der Software eSight von E+H durchgeführt. Dem Unternehmen war von einem anderen Unternehmen versprochen worden, dass die Installation von Magneten auf der Brennstoffleitung zu einer Effizienzverbesserung führen würde. Mit Unterstützung von E+H konnte allerdings leicht nachgewiesen werden, dass die Effi zienz mit oder ohne Magnete gleich war. Dagegen konnte gezeigt werden, dass die Installation eines Entlüfters im Kondensatsystem und die Umstellung von Schwer- auf Leichtöl zu einer Effizienzsteigerung um sieben Prozent führt.

eSight bei Flowtech Was ursprünglich als Demonstrationssystem für Kunden gedacht war, führte schliesslich auch bei Flowtec zu beträchtlichen Einsparungen. Analysiert wurden als Erstes das Druckluft- und das Heizungssystem.

Bild 2. Kalibrierung eines Promass F-Coriolis-Durchflussmessgeräts, das sich auch bei Energieeffizienzmessungen einsetzen lässt.

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MESSEN, REGELN, STEUERN

Druckluft Flowtec verfügt über vier Kompressoren mit 45 bis 55 kW Kapazität sowie seit Kurzem über einen fünfter Kompressor mit 22 kW Kapazität. Zum Energiemonitoring wurden pro Kompressor ein Stromzähler und ein Durchflussmessgerät installiert. Mit Differenzdruckmessgeräten an Filtern wurden Ver stopfungen nachgewiesen. Vor der Einleitung von Massnahmen betrug der spezifische Energieverbrauch SEV 1) des am meisten eingesetzen Kompressors Nummer 4 hohe 0,27 kWh/Nm3; ein guter Wert ist 0,15 kWh/Nm3 oder besser. Auch die übrigen Kompressoren hatten eine schlechte Performance. Durch verschiedene Massnahmen konnte schliesslich eine Systemperformance von 0,14 erreicht werden. So wurde beispielsweise festgestellt, dass bei einem Kompressor die Wärmerückgewinnung ausser Betrieb war, weil jemand die Ventile geschlossen hatte. Zu feine Filter, die immer wieder verstopften, wurden durch geeignetere ersetzt. Zudem wurde ein zentrales Steuersystem installiert, das je nach Druckluft1)

[ ] SEV = Stromverbrauch kWh Luftproduktion [ Nm 3 ]

heitlich im Besitz von E+H; eine vollständige Übernehme ist geplant. Systemplan verfügt über eine reiche Erfahrung darin, Energieströme in Anlagen und Betrieben zu messen, darzustellen, zu analysieren und nachhaltig zu optimieren. Dadurch ist Systemplan in der Lage, die Aktivitäten von E+H im Energiesparbereich sinnvoll zu ergänzen. Es folgen einige interessante Feststellungen aus Hagers Referat: 10 Prozent des Industriestroms in Deutschland wird für Kompressoren verwendet. Mit 33 Prozent ist das Energieeinsparpotenzial bei Druckluftanlagen am höchsten. Aber auch in weiteren Bereichen (Prozesswärme, Elektromotoren, Raumwärme, Warmwasser, Pumpen, Ventilatoren, Kälteanlagen, Beleuchtung) kann der Energieverbrauch um 25 und 20 Prozent reduziert werden. Besonders hoch ist der Anteil der Energiekosten an den Gesamtkosten in der Zementindustrie (32 Prozent) in der Stahlindustrie (> 20 Prozent) sowie in der Chemieindustrie (19 Prozent). Wenn Energiesparmassnahmen umgesetzt werden, betragen die Amortisationszeiten bei Druckluft 2 bis 3, bei Prozesswärme 4 bis 6 und bei Elektromotoren 6 bis 8 Jahre.

bedarf ermittelt, welche Kompressorkombination am besten ist. All diese und weitere Massnahmen führten zu Einsparungen von rund 15 000 Franken pro Jahr. Heizungssystem Die Differenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur sollte ein einem Heisswassersystem 10 bis 25 °C betragen. Bei Messungen im Heizsystem von Flowtec wurde eine zu geringe Differenztemperatur (2 bis 5 °C) gefunden. Detailuntersuchungen zeigten hydraulische Kurzschlüsse zwischen Warm- und Kaltwasser auf: In zwei Gebäuden waren Rohrleitungen zwischen Vorlauf und Rücklauf gelegt worden, wodurch permanent Wasser von der Heizung in den Kreislauf flossen. Mit zwei Schweissungen konnten jährlich 35 000 bis 400 00 Franken oder 1000 kWh/Tag bzw. 100 Liter Oel oder fast 250 kg CO2 pro Tag eingespart werden.

Ergänzung durch Systemplan Michael Hager ist Gründer und Geschäftsführer von Systemplan mit Sitz in Durmersheim bei Karlsruhe. Das seit 1998 bestehende Unternehmen ist seit Juli 2011 mehr-

Endress+Hauser übertraf 2011 die Erwartungen Endress+Hauser hat das Jahr 2011 weit über den Erwartungen abgeschlossen. Ein überraschend starker Geschäftsverlauf sorgte für neue Bestmarken bei Umsatz, Beschäftigung und Gewinn. Für das laufende Jahr erwartet die Firmengruppe mit Sitz in Reinach (Schweiz) solides Wachstum. Endress+Hauser (E+H) steigerte den Umsatz um 16 Prozent auf 1,5 Milliarden Euro. Amerika zeigte noch grössere Dynamik als Asien, doch auch in Europa wuchsen die Verkäufe zweistellig. Hinter den Erwartungen zurück blieben lediglich Afrika und der Nahe Osten. Die höchsten Zuwächse erzielte E+H in der Öl- und Gasindustrie. Der Rahmenvertrag mit dem Energiekonzern Shell zeigt, dass sich das Unternehmen als Lieferant in der Branche etabliert hat. Stark entwickelten sich die Verkäufe in der chemischen Industrie, gefolgt von der Kraftwerkstechnik, der

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Lebensmittelbranche, der Grundstoffindustrie, den Life Sciences sowie dem Wasserund Abwassersektor. Mit dem kräftigen Umsatzwachstum ging ein starker Beschäftigungsaufbau einher. 9414 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zählte die Firmengruppe Ende 2011, 820 mehr als vor Jahresfrist (plus 10 Prozent). 474 dieser Stellen wurden in Europa geschaffen, davon 297 in der deutsch-französischschweizerischen Region um Basel. Die gute Auslastung der Werke schlug sich in hoher Produktivität nieder. Das Betriebsergebnis stieg um 32 Prozent auf 247 Millionen Euro, das Ergebnis vor Steuern sogar um 46 Prozent auf 243 Millionen Euro. Das Ergebnis nach Steuern erreichte 177 Millionen Euro (plus 40 Prozent), ebenfalls ein neuer Bestwert. E+H stehe finanziell auf festen Füssen, betonte Chief Financial Officer Luc Schultheiss. Die Eigenkapitalquote erreicht fast 70 Prozent.

Die Investitionen stiegen um 49 Prozent auf 85 Millionen Euro. Vor allem die Produktionskapazitäten wurden erweitert. In den USA wurde eine Minderheitsbeteiligung an Finesse Solutions erworben, einem auf Einweglösungen für biotechnologische Fertigungsprozesse spezialisierten Unternehmen. Gekauft wurde Systemplan im deutschen Durmersheim. Das Ingenieurbüro berät Unternehmen in Fragen der Energieeffizienz. Für das laufende Jahr hat sich E+H ein Umsatzwachstum von 11 Prozent zum Ziel gesetzt. 140 Millionen Euro will E+H investieren, vor allem in Produktionsanlagen. Gestärkt werden Standorte in Deutschland, Frankreich und der Schweiz, aber auch in den USA, China sowie Brasilien, wo eine neue Fertigungsstätte für Durchfluss-, Füllstand- und Druckmesstechnik entsteht. Weltweit sollen rund 700 Stellen geschaffen werden.

VERFAHRENSTECHNIK

Eisen-Aluminium-Verbindung könnte Palladiumkatalysator ersetzen

Alternativer Katalysator für Kunststoffsynthesen Chemiker mögen keine Edelmetalle – zumindest wenn sie die teuren Materialien als Katalysatoren brauchen, um Reaktionen zu beschleunigen oder in eine gewünschte Richtung zu lenken. Und das ist oft der Fall, etwa bei einem wesentlichen Produktionsschritt von Polyethylen. Ein Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden und des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin hat dafür einen Katalysator aus Eisen und Aluminium entwickelt, der genauso gut wie der gängige Katalysator aus Palladium arbeitet, aber deutlich billiger ist.

Würde die chemische Industrie die Ausgangsstoffe von Polyethylen heute nicht routinemässig über Palladium schicken, wären Plastiktüten ein einziges Ärgernis. Dann rissen die Tragetaschen nämlich schon, wenn sie nur ein paar Äpfel und eine Tüte Milch enthielten. Dass uns das erspart bleibt, verdanken wir der zuverlässigen Arbeit des Edelmetalls. Es verwandelt Ethin in Ethen, aus dem Polyethylen entsteht. Ethen enthält immer auch Spuren von Ethin, weil die beiden Substanzen aus Erdöl gewonnen werden und sich nicht einfach voneinander trennen lassen:

Ethin stört die Reaktion von Ethen zu Polyethylen jedoch derart, dass ein schlechter Kunststoff entsteht, wenn Ethin nicht durch katalytische Anlagerung von zwei Wasserstoffatome in Ethen umgewandelt wird.

Eisen und Aluminium statt Palladium Bei 80 Millionen Tonnen Polyethylen, die weltweit jährlich produziert werden, addieren sich die Kosten für die Umwandlung von Ethin zu einer erklecklichen Summe. Sie könnten künftig jedoch deutlich sinken. Denn die Industrie kann jetzt möglicherweise auf den Palladiumkatalysator verzichten und stattdessen zu einer intermetallischen Verbindung aus Eisen und Aluminium greifen. Forscher des Dresdner Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe, des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin in Zusammenarbeit mit der Ludwig-Maximilians-Universität München 34

und dem Forschungszentrums Jülich haben das Material als probaten Palladiumersatz identifiziert, der Ethin genauso effizient zu Ethen hydriert wie edelmetallhaltige Katalysatoren.

Ohne winzige, isolierte Zentren keine Katalyse «Dass sich diese Verbindung dafür so gut eignet, haben wir nicht durch Versuch und Irrtum herausgefunden, sondern durch einen wissensbasierten Ansatz», sagt Marc Armbrüster vom Dresdner Max-Planck-Institut. Wissensbasiert heisst: Die Forscher haben das Wissen ausgenutzt, wie die Reaktion am Palladium genau stattfindet. Daraus leiteten sie ab, worauf es bei dem Katalysator ankommt, und suchten nach diesen Kriterien ein geeignetes Material. Den ersten Anhaltspunkt lieferte den Wissenschaftlern die seit Längerem bekannte Tatsache, dass auch Palladium nur dann das gewünschte Produkt liefert, wenn es in möglichst kleinen aktive Zentren vorliegt, etwa in Form von einzelnen Palladiumatomen in einer inaktiven Silbermatrix. Andernfalls bleibt die Reaktion der Ethin-Moleküle nicht bei der Semihydrierung stehen. Das heisst, das Ethin nimmt nicht nur zwei, sondern vier Wasserstoffatome auf und wird zu Ethan, das für die Kettenreaktion zum Polyethylen völlig unbrauchbar ist. «Die Ethinmoleküle lagern sich an die winzigen Palladiumzentren offenbar zwangsläufig so an, dass sie selektiv nur zwei Wasserstoffatome aufnehmen können», erklärt Armbrüster. Feinverteiltes Palladium in einer Silberlegierung ballt sich unter den Bedingungen der Reaktion jedoch allmählich zu grösseren Aggregaten zusammen, und der

Katalysator büsst zunehmend an Selektivität ein. In einer intermetallischen Verbindung lassen sich die aktiven Zentren strikt trennen Das brachte Juri Grin, Direktor am MaxPlanck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden und Robert Schlögl, Direktor am Fritz-Haber-Institut der MaxPlanck-Gesellschaft in Berlin bei einer Diskussion um 2004 zunächst auf die Idee, die aktiven Zentren, nämlich die einzelnen Palladiumatome, in einem Kristallgitter zu fi xieren. Auf diese Weise bündelten sie die Kernkompetenzen von zwei Max-PlanckInstituten – für Katalyse in Berlin und für intermetallische Verbindungen in Dresden – in den folgenden Jahren zur Lösung eines wichtigen praktischen Problems. Der erste Erfolg dieser Kooperation stellte sich umgehend ein. Denn bei der Suche nach einem geeigneten Reaktionsbeschleuniger für die Semihydrierung von Ethin erwies sich eine Verbindung aus Gallium und Palladium schnell als Material der Wahl.

Intermetallische Verbindung statt Legierung Dass es sich um eine intermetallische Verbindung handelt, und nicht um eine Legierung, wie sie Metalle gerne bilden, ist dabei entscheidend. Unter anderem weil sich die beteiligten Metalle darin anders als in Legierungen nicht mehr oder weniger wahllos mischen, sondern hoch geordnete Kristallstrukturen bilden. Dadurch unterscheidet sich der atomare Aufbau einer intermetallischen Verbindung von der ihrer Komponenten in Reinform. Im Fall der Gallium-Palladium-Verbindung umgibt sich jedes Palladiumatom in der 7–8/2012

Bild: Raul Cardoso-Gil

VERFAHRENSTECHNIK

Bild 1. Eine Alternative zum Edelmetall: Diesen Kristall einer Eisen-Alluminium-Verbindung verwendeten Max-Planck-Forscher, um einen wichtigen Syntheseschritt bei der Produktion von Polyethylen zu katalysieren. Bisher nutzt die Industrie dafür ein palladiumhaltiges Material.

Kristallstruktur ausschliesslich mit katalytisch inaktiven Galliumatomen. Die einzelnen katalytischen Zentren sind also strikt voneinander getrennt.

Ähnliche Struktur wie Palladiumkatalysator Der Erfolg der Grundidee ermutigte die Forscher nun zum nächsten Schritt – zur Suche nach einem Material, das sich katalytisch wie die Gallium-Palladium-Verbindung verhält, aber kein Palladium enthält.

Dass sie dabei auf die Verbindung Al13Fe4 verfielen, liegt an dessen Kristallstruktur. Denn darin halten die Aluminiumatome die Eisenatome genauso auf Abstand wie die Galliumatome die Palladiumatome im Gallium-Palladium-Katalysator. Das alleine macht aber noch keinen brauchbaren Katalysator für die Ethinumwandlung. Dafür taugt eine Verbindung nur, wenn sie die Ethinmoleküle in gleicher Weise umsetzt wie der palladiumhaltige Katalysator. Das wiederum hängt entscheidend davon ab, wie sich die Elektronen in dem Material verteilen, welche Energie sie besitzen und wie sie die Anbindung der Ethinmoleküle beeinflussen. In diesen Punkten ähneln sich die Aluminium-Eisen- und die Gallium-Palladium-Verbindungen. Und tatsächlich vermittelt die Eisen-Aluminium-Verbindung ebenso zuverlässig genau zwei Wasserstoffatome an die Ethin-Moleküle wie der Palladium-Gallium-Katalysator. Der Eisen-Aluminium-Katalysator könnte die Produktion vieler Kunststoffe verbilligen Ehe die Industrie mit dem neuen Katalysator die Kosten der Polyethylenproduktion senken kann, muss sich das Material noch in der grosstechnischen Anwendung bewähren. Dann könnte der Katalysator auch bei der Produktion anderer Kunststoffe seine Qualität als selektiver Wasserstoffvermittler ausspielen.

Die Dresdner und Berliner Chemiker wollen unterdessen auch systematisch nach Katalysatoren für andere Reaktionen suchen. Eine wichtige Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass der wissensbasierter Ansatz in der Katalyseforschung erfolgreich sein kann: Vielleicht führt das dazu, dass die chemische Industrie in ihren Reaktoren künftig einmal ganz ohne Edelmetalle auskommt. Viele Produkte für den alltäglichen Bedarf könnten dann billiger werden – und das würden nicht nur Chemiker mögen. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft Originalpublikation M. Armbrüster et al., «Al13Fe4 as a low-cost alternative for palladium in heterogeneous hydrogenation», Nature Materials 11, 690–693 (2012)

Kontakt Dr. Marc Armbrüster Max-Planck-Institut für chemische Physik fester Stoffe Nöthnitzer Strasse 40 D-01187 Dresden Telefon +49 (0)351 4646 2231 marc.armbruester@ cpfs.mpg.de www.cpfs.mpg.de

Virtual Reality Software im Einsatz

Anlagen virtuell planen, umbauen und warten Verfahrenstechnische Anlagen haben eine Lebensdauer von 30 bis 50 Jahren. Während dieser Zeit werden sie immer wieder umgebaut. Virtual-Reality-Software vereinfacht das Planen und Testen der Umbauten und hilft, den Überblick zu behalten. Fraunhofer-Forscher und BASF entwickeln gemeinsam VR-Lösungen für den Anlagenlebenszyklus.

Mit mehr als 110 000 Beschäftigten ist die BASF der weltweit grösste Chemiekonzern. Am Hauptsitz in Ludwigshafen betreibt das Unternehmen heute über 160 Produktionsbetriebe, zwei Steamcracker, zwei Gas- und 7–8/2012

Dampfturbinen-Kraftwerke und eine Kläranlage. Informationen und Daten über alle Anlagen auf dem Gelände sollen für Planungsingenieure, Verfahrenstechniker, Montagekoordinatoren, Sicherheitsfachkräfte

und Assetmanager mithilfe virtueller Technologien digital verfügbar werden. Das virtuelle Abbild der Anlage offenbart jede mögliche Ansicht: ob in Bild oder Zahl, in Zeichnung oder Simulation. Neue Anla35

VERFAHRENSTECHNIK

Nach einem Umbau verhält sich eine Anlage anders als im vorhergehenden Betriebszustand. Fehlbedienungen würden im schlimmsten Fall den gesamten Anlagenbetrieb lahmlegen. Daher haben im Chemieanlagenbau kontinuierliche Sicherheitsschulungen oberste Priorität. In Ludwigshafen setzt man bereits eine virtuell-interaktive Lernumgebung für das Training ein.

Bild: Dirk Mahler

Virtuelle Begehung vor Inbetriebnahme

Bild 1. Im Elbe Dom des Virtual Development and Training Centre VDTC am IFF findet das Design Review am Planungsmodell der BASF-Fabrik statt. In der 360-Grad-Projektion lassen sich alle Details der Anlage genauestens diskutieren.

gen oder Anlagenerweiterungen und Anlagenumbauten lassen sich damit schneller und besser planen und umsetzen.

Realitätsgetreue Abbildung Ein wesentlicher Bestandteil dieses Planungsprozesses sind Design Reviews – bei einem Design Review am virtuellen Modell sind alle Bauteile mit den dazugehörigen Informationen realitätsgetreu abgebildet. Durch die räumliche Darstellung werden verdeckte Bauteile oder hintereinander stehende Komponenten leicht sichtbar. «Das Design Review für den Umbau einer verfahrenstechnischen Anlage haben wir gemeinsam mit den BASF-Experten durchgeführt«, sagt Sabine Szyler, Virtual-RealitySpezialistin am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und Fabrikautomatisierung IFF. «Die Platzverhältnisse in der Anlage lassen sich jetzt viel leichter erfassen. Was hier so selbstverständlich klingt, bedeutet in Wirklichkeit einen riesengrossen Sprung für die Wahrnehmung.» Das Design Review fand im Elbe Dom des Virtual Development and Training Centre VDTC am IFF in Magdeburg statt. »Schliesslich ermöglicht die 360-Grad-Projektionsfläche mit einer Höhe von sechs Metern eine fast originalgetreue Projektion einer 36

Anlagenetage. Der Betrachter hat dadurch das Gefühl, direkt in der Fabrik zu stehen», erklärt die Forscherin. Die dreidimensionalen Daten aus den BASF-Planungstools inklusive der Metadaten der einzelnen Anlagenkomponenten wurden dazu in eine spezielle Virtual-Reality-Software – die «Virtual Development and Training-Plattform» – der IFF-Forscher überführt.

Laufende Sicherheitsschulung in VR-Lernumgebung Anlagenbetreiber, Anlagenplaner und ihre Kollegen, also Rohrleitungsbauer, Verantwortliche für Maschinen und Apparate, Stahlbauer oder Sicherheitsbeauftragte konnten die im virtuellen Modell originalgetreu wiedergegebenen Anlagendetails in voller Grösse betrachten und viele Fragen klären: Sind alle Bedienelemente gut erreichbar? Sind im Falle einer Revision die Sicherheitsventile gut bedienbar? «Wir sind von dem Design Review mit Virtual Reality so überzeugt, dass wir in Ludwigshafen zwei VR-Stationen eingerichtet haben. Das erlaubt es unseren Planungsteams vor Ort jederzeit Design Reviews weiterer Anlagen vorzunehmen», sagt Axel Franke, Senior Engineering Manager bei BASF.

Für den Umbau einer Anlage zur Gewinnung von Salpetersäure konzipierten die Fraunhofer-Experten ein Szenario, bei dem die Betriebsmannschaft schon vor Inbetriebnahme die Anlage virtuell begehen und kennenlernen konnte. Das heisst, die Forscher bauten direkt in der Messwarte eine mobile VR-Trainingsstation auf. Im Trainingsmodul ist das komplette 3D-Modell der Anlage dargestellt. Sämtliche Metadaten wie Apparatenummer, Temperatur, Druck und Medium sowie Schulungsunterlagen sind sichtbar. Die Mitarbeiter konnten sich mit der neuen Funktionsweise vertraut machen, veränderte Zugangswege erkennen und neue Sicherheitsvorschriften kennenlernen. Ohne virtuelle Technologien wird sich zukünftig kein Anlagenbauer auf dem internationalen Parkett bewegen. Darin sind sich BASF- und Fraunhofer-Experten einig. Um die Spitzenposition unter den Chemieanlagenbetreibern zu halten, wird BASF in Zukunft am verstärkten Einsatz virtueller Technologien arbeiten. Konzeptionelle Unterstützung kommt dabei weiterhin vom IFF. Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

Kontakt Dipl.-Phys. Sabine Szyler Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Joseph-von-Fraunhofer-Strasse 1 D-39106 Magdeburg Telefon +49 (0)391 4090-121 sabine.szyler@iff.fraunhofer.de www.fraunhofer.de 7–8/2012

A N A LY T I K

Ein Nachtfalter als Vorbild

Detektion von Sprengstoffen in kleinsten Spuren

Bild 1. Seidenspinner (Bombyx mori): Männchen, Weibchen, Raupe, Kokon, Puppe in «SchulNaturgeschichte» von Hubert Ludwig (1891).

Der Sensor besteht aus einem Mikrocantilever, auf dem etwa 500 000 TitandioxidNanoröhrchen angereiht sind, die alle zusammen eine sehr grosse Oberfläche ergeben, welche für die Detektion ausschlaggebend ist. Hierdurch konnte der Weg für die Entwicklung einer extrem empfindlichen Künstlichen Nase geebnet werden. Die wirksame Detektion von Sprengstoffen wie Trinitrotoluen (TNT) ist eine grosse Herausforderungen. Die einzelnen Bestandteile sind sehr flüchtig, für eine Detektion auf Distanz sind extrem empfindliche Sensoren nötig. Aktuelle Systeme können Konzentrationen in der Grössenordnung von 1 ppb (ein Molekül pro 109 Moleküle Luft) möglich, eine Leistung, die zum Beispiel für Sicherheitseinrichtungen in Flughäfen unzureichend ist. Hingegen haben viele Tiere einen Geruchssinn, der weit geringere Spuren erschnüffeln kann. Dazu gehört der Bombyx mori oder Seidenspinner. Er kann selbst einige wenige Pheromonmoleküle erspüren. Seine Antennen bestehen aus kaum millimeterfeinen Fäden, auf welchen viele Sensillen sitzen, kleinste Fasern im 7–8/2012

Mik rometerbereich, die direkt mit den Sinnesneuronen verbunden sind. Diese Struktur wollten die Wissenschaftler nachahmen. Das von ihnen entwickelte System besteht aus einem 200 µm langen und 30 µm breiten Mikrocantilever aus Silicium. Dieser Träger wurde mit ungefähr 500 000 Titandioxid-Nanotubes bestückt, die vertikal dort aufgereiht sind. Mit diesen Nanostrukturen soll die Oberfläche des Mikrocantilevers um den Faktor 100 vergrössert und die Wahrscheinlichkeit, die gesuchten Moleküle zu erfassen, erheblich erhöht werden. Das Vibrieren des Mikrohebels ist der Test, um festzustellen, ob TNT-Spuren in der Umgebungsluft enthalten sind und ob Moleküle durch die Vorrichtung erfasst wurden. Dieser Mikrohebel hat eine eigene Schwingungsfrequenz, die spezifische verändert wird, wenn ein Sprengstoffmolekül absorbiert wird.

Konkurenz für Hundenasen Zur Überprüfung der Leistung des Sensors haben die Wissenschaftler sehr geringe Mengen TNT kontrolliert freigesetzt. Sie konnten dabei nachweisen, dass die Empfindlichkeit des Systems bei 800 ppq (800 Moleküle pro Billion Moleküle (1015) liegt. Kein Gerät ist zur Zeit in der Lage so geringe Konzentrationen von Sprengstoffen nachzuweisen. Dies ist eine ähnlich hohe Empfindlichkeit wie die speziell ausgebildeter Hunde. Weitere wissenschaftliche Untersuchungen sind noch erforderlich, um ein leicht handhabbares Gerät auf der Grundlage dieser nanostrukturierten Mikrocantilever zu entwickeln. Eine nächste Etappe wird die Konzeption eines Geräts sein, das jeweils den

Bild: NS3E Fabien Schnell

Quelle: Wikipedia

Das Fühlersystem und die Sinnesorgane des Nachtfalters Bombyx Mori, welcher einzelne Pheromonmoleküle detektieren kann, haben die Wissenschaftler des Labors NS3E (Nanomaterialien für Systeme unter extremen Belastungen- ISL-CNRS) bei der Konzeption ihres Sensors inspiriert, der winzige Spuren verschiedener Sprengstoffe detektieren kann. Selbst Konzentrationen von rund 800 ppq (parts per quadrillion) TNT konnten mit einem nanostrukturierten Sensor mithilfe der Nanocalorimetrie detektiert werden. Hierdurch konnte der Weg für die Entwicklung einer extrem empfindlichen Künstlichen Nase geebnet werden.

Bild 2. Sensoren eines Seidenspinners mit mikrometrischen Sen si l len (A,–C), Sensoren nanostrukturierter Mikrocantilever (D–F).

einzelnen Sprengstofftyp erkennen kann. Die Wissenschaftler möchten schon jetzt dieses System an die Detektion anderer Sprengstoffe wie Pentrit (Nitropenta) anpassen, welches in Europa ein ernstes Sicherheitsproblem darstellt. Die Methode könnte weiterhin zur Detektion gewisser leichtflüchtiger Drogen dienen. Im Bereich Umweltschutz könnte dieses bioinspirierte Verfahren die Messung geringster Spuren von Umweltgiften wie flüchtiger organischer Substanzen ermöglichen, zur Zeit ein Hauptgesundheitsrisiko. Quelle: Deutsch-Französisches Forschungsinstitut Saint-Louis (ISL) Originalpublikation Denis Spitzer et al., «Ein bioinspirierter nanostrukturierter Sensor für die Detektion von sehr niedrigen Sprengstoffkonzentrationen», Angewandte Chemie 124 [22], 5428–5432 (2012). 37

MEDIZIN/PHARMA

Aminoglykosid-Antibiotika

Ein Bakterienkiller, der die Ohren verschont Die Behandlung schwerer bakterieller Infektionen durch Aminoglykosid-Antibiotika kann mit schlimmen Nebenwirkungen wie irreversiblen Hörschäden und Taubheit einhergehen. Medizinischen Mikrobiologen der Universität Zürich ist es gelungen, die bakterizide Wirkung eines Aminoglykosids von seinem Gehör schädigenden Nebeneffekt zu trennen. Nun können Aminoglykoside entwickelt werden, die effektiv, aber weniger toxisch sind.

Bild 1. Apramycin

Aminoglykosid-Antibiotika bekämpfen Krank heitskeime im menschlichen Körper und helfen dort Infektionen einzudämmen. Weil diese Wirkstoffe gegen ein breites Spektrum von Bakterien wirksam sind und wenig kosten, gehören Aminoglykoside zu den weltweit am häufigsten verwendeten Antibiotika. Sie werden vor allem bei der Behandlung von schweren bakteriellen Infektionen verwendet und bei der gefürchteten Form der multiresistenten Tuberkulose. Aminoglykosid-Antibiotika hemmen die Proteinsynthese in den Krankheitserregern. Die Antibiotika dringen in die Bakterien ein und binden dort an die Proteinbildungsstätten der Zelle, die Ribosomen. Blockiert durch die Aminoglykoside stellen die Ribo38

somen ihre Arbeit ein – die Bakterien sterben ab.

Taub wegen Antibiotikabehandlung Auch die menschliche Zelle verfügt über Ribosomen als Ort der Proteinherstellung. Dem Bakterienribosom besonders ähnlich ist das Ribosom des menschlichen Mitochondriums, des Energie liefernden Kraftwerks der Zelle. Als unerwünschter Seiteneffekt vermag das Antibiotikum an mitochondriale Ribosomen zu binden, was mit gravierenden Nebenwirkungen einhergeht. Die schwerwiegendste Begleiterscheinung von Aminoglykosiden sind irreversible Hörschäden und Taubheit.

Erik Böttger, medizinischer Mikrobiologe an der Universität Zürich, hat in Zusammenarbeit mit Forscherkollegen aus England, den USA und der ETH Zürich herausgefunden, dass das strukturell einzigartige Aminoglykosid Apramycin (Bild 1) gegen eine grosse Bandbreite an Bakterien wirkt, aber keinen Hörverlust verursacht. «Es ist uns gelungen, bei Apramycin die bakterizide Wirkung eines Aminoglykosids von seinem Gehör schädigenden Nebeneffekt zu trennen», erklärt Böttger. Bis anhin ist Apramycin ausschliesslich in der Tiermedizin verwendet worden. Mithilfe zahlreicher Experimente zu Struktur, Biochemie und Toxizität können die Forscher zeigen, dass sich Apramycin zur Behandlung von Infektionskrankheiten des Menschen ebenso gut eignet, wie übliche 7–8/2012

MEDIZIN/PHARMA

in der Humanmedizin verwendete Aminoglykoside, ohne jedoch deren toxischen Charakter zu teilen und Hörschäden zu verursachen. Bereits im Jahr 2008 gelang es Böttger und seiner Forschungsgruppe, den Zusammenhang von Hörverlust und Taubheit auf mechanistischer Ebene zu klären. Die Wissenschaftler bedienten sich eines einzigartigen genetischen Modells, mittels dessen sie die menschliche Gensequenz, an der die Aminoglykoside andocken, in ein Bakterium einschleusten. Darauf aufbauend starteten Böttger und sein Team zusammen mit Andrea Vasella von der ETH Zürich ein chemisches Syntheseprogramm mit dem Ziel, ein Aminoglykosid-Antibiotikum zu entwickeln, das die Nebenwirkung der Taubheit nicht mehr aufweist. Im Rahmen dieser Arbeiten stiessen die Forscher als Nebenbefund auf Apramycin.

eine Alternative gefunden zu haben», so Böttger. Mit dem neuen Wissen steht einer Veränderung von Aminoglykosiden, die effektiv, aber weniger toxisch sind, nichts mehr im Weg. Quelle: Universität Zürich Originalpublikation Tanja Mattaet al., «Dissociation of antibacterial activity and aminoglycoside ototoxicity in the 4-monosubstituted 2-deoxystreptamine apramycin»,

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109 [27], 10984-10989 (2012)

Kontakt Prof. Dr. med. Erik Böttger Universität Zürich Institut für Medizinische Mikrobiologie Gloriastrasse 30/32 CH-8006 Zürich Telefon +41 (0)44 63 426 60 boettger@imm.uzh.ch www.imm.uzh.ch

Aminoglykoside ohne Nebenwirkungen «Der Weg zur Weiterentwicklung der wichtigen Antibiotikaklasse der Aminoglykoside scheint nach jahrzehntelanger Forschung

TANGO. ANALYSIS TO GO. Schnelle Ergebnisse mit FT-NIR-Spektroskopie Schneller, einfacher, sicherer – mit TANGO bekommt Ihre NIR-Analyse eine neue Dynamik. Denn TANGO hat genau das, was sich Anwender von einem FT-NIR-Spektrometer wünschen: Robustheit, hohe Präzision und einfache Bedienerführung.

Bild: UZH

Durch die intuitive Bedienoberfläche und das klare, kompakte Design definiert TANGO einfaches Handling ganz neu - ohne Kompromisse bei der bewährten FT-NIR-Technologie von Bruker einzugehen.

Weitere Informationen finden Sie unter: www.brukeroptics.de s www.tango-nir.de

Bild 2. Apramycin gebunden an das Ribosom – im Vergleich zum Aminoglykosid Paromomycin.

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Innovation with Integrity

FT-NIR

MEDIZIN/PHARMA

Primärtumoren nur für ein Zehntel der Krebstoten verantwortlich

Wie Metastasen in Organe eindringen können Nicht Primärtumoren, sondern deren Metastasen sind für die Mehrzahl der Krebstoten verantwortlich. Physiologen und Neuropathologen der Universität Zürich identifizieren jetzt den Anfang der Metastasenbildung. Sie können als Erste den Weg von metastasierenden Darmkrebszellen aus den Blutbahnen nachweisen. Die Erkenntnisse erlauben neue Ansätze bei der Entwicklung von Krebstherapien.

Krebszellen spezifische Pförtnerrezeptoren auf dem Endothel der Blutgefässe manipulieren.

Bilder: UZH

Blutgefässen in die Organe einschleusen. Das Team von Lubor Borsig und Mathias Heikenwälder hat nachgewiesen, dass

Bild 1. Eine Tumorzelle haftet sich an das Endothel (rot) an. Dieses ist durch das auf dem CCR2-Rezeptor empfangene Chemokin CCL aktiviert und durchlässig geworden. Das Ausschleusen der Tumorzelle wird durch die Rekrutierung von Monzyten (blau) erleichtert. (Bearbeitung mehrerer konfokaler Aufnahmen, um eine künstliche Oberfläche zu bilden.)

Weltweit sterben jedes Jahr über sieben Millionen Menschen an Krebs. Dank wirksameren Therapien und besserer Früherkennung sind in den Industrienationen die Primärtumoren nur noch für zehn Prozent der Krebstoten verantwortlich. Die überwiegende Mehrheit stirbt heute an den Folgen von Metastasen, das heisst, Tochtergeschwulsten. Diese entstehen aus Absiedlungen des Primärtumors, indem sie sich über die Blutbahnen des Kranken verbreiten. Bis heute war der eigentliche Grund für die Metastasierung in bestimmten Organen unbekannt. Unklar war, wie die Tochterzellen aus den Blutbahnen in das Gewebe von anderen Organen eindringen können. Jetzt hat ein europäisches Team unter der Leitung von Physiologen und Neuropathologen der Universität Zürich den Mechanismus identifiziert, mit dessen Hilfe sich metastasierende Darmkrebszellen von den 40

Bild 2. Eine Tumorzelle (blaugrün) lässt sich mithilfe des CCR2-Rezeptors durch ein Blutkapillargefäss in der Alveole (violett) schleusen. Der vorgestülpte Teil der Tu morzelle ist gerade dabei die Endothelzelle zu durchwan dern (elektronenmikroskopische Aufnahme).

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Tumorzellen manipulieren Blutgefässpförtner Für das Immunsystem spielen Chemokine, interzelluläre Botenstoffe, eine zentrale Rolle. Chemokine können zur Immunabwehr weisse Blutkörperchen direkt herbeirufen. Auch Tumorzellen sind in der Lage, Chemokine zu bilden und körpereigene Monozyten, spezielle Immunzellen, aufzubieten. So sind erhöhte Werte des tumoreigenen Chemokins CCL2 charakteristisch für metastasierende Brust-, Prostata- und Darmkarzinome. Hohe CCL2-Werte wurden bislang vor allem als Hinweis auf ein starkes Tumorwachstum und eine schlechte Krankheitsprognose verstanden. Borsig und Heikenwälder zeigten anhand von In-vivo- und In-vitro-Experimenten an Labormäusen, dass CCL2 weit mehr ist als ein Indikator für die Aggressivität des Krebses. «CCL2 aktiviert einen Pförtnerrezeptor auf dem Endothel der Blutgefässe und ermöglicht es so der Darmkrebszelle, aus der Blutbahn

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zu gelangen und in anderen Organen zu metastasieren», erläutert Borsig. Die Aufgabe des auf dem Endothel erstmals nachgewiesenen und als CCR2 bezeichneten Pförtners im gesunden Organismus ist nicht bekannt. Borsig vermutet, dass der Pförtner bei der Immunreaktion des Körpers die Durchlässigkeit der Blutgefässe moduliert.

sierung direkt am Ursprung bekämpft werden», schliesst Borsig. Quelle: Universität Zürich

Neuer Ansatz für Medikamentenentwicklung

Originalpublikation Monika Julia Wolf et al., «Endothelial CCR2 Signaling Induced by Colon Carcinoma Cells Enables Extravasationvia the JAK2-Stat5 and p38MAPK Pathway», Cancer Cell 22 [1], 91–105 (2012).

«Der entdeckte Mechanismus wird einen völlig neuen Ansatz liefern für die Entwicklung von Medikamenten zur Bekämpfung von Metastasen bei Brust-, Prostata- und Darmkrebs», ist Borsig überzeugt. Denkbar ist, die Chemokin-Expression des Tumors zu unterdrücken oder den Pförtner für das Tumor-Chemokin zu blockieren, sodass keine Krebszellen mehr aus der Blutbahn in das gesunde Gewebe gelangen. «Wenn es gelingt, die Krebszellen am Verlassen der Blutbahnen zu hindern, kann die Metasta-

Kontakt Dr. Lubor Borsig Universität Zürich Physiologisches Institut Winterthurerstrasse 190 CH-8057 Zürich Telefon +41 (0)44 635 51 34 lborsig@access.uzh.ch www.physiol.uzh.ch

ERNÄHRUNG

Warum Stevia nicht nur süss schmeckt

Bitterrezeptoren für Steviasüssstoffe entdeckt Stevia gilt als gesunde Alternative zu Zucker. Die kürzlich von der Europäischen Union als Süssungsmittel zugelassenen Steviaprodukte haben aber auch Nachteile, zum Beispiel einen lang anhaltenden, bitteren Nachgeschmack. Die dafür verantwortlichen Geschmacksrezeptoren auf der menschlichen Zunge haben Wissenschaftler der Technischen Universität München und des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke nun identifiziert. Mit Zellkulturversuchen und sensorischen Tests konnten die Wissenschaftler zudem zeigen, dass Stevioside mit vielen Traubenzuckerbausteinen besonders süss schmecken.

schmack: In hoher Konzentration sorgt es für lakritzartige, bittere Noten.

Bild: Fotolia

Die Wissenschaftler haben neun Steviolglykoside untersucht, die für den intensiven Geschmack von Extrakten der Steviapflanze sorgen. Wie süss oder bitter die unterschiedlichen Glykosidvarianten wirken, haben die Forscher zunächst im Reagenzglas getestet: Dabei übernehmen speziell gezüchtete Zellen die Funktion von Geschmacksrezeptorzellen und reagieren wie eine künstliche Zunge auf die Glykosidmoleküle. Damit konnten die Wissenschaftler diejenigen Rezeptortypen identifizieren, die durch Stevia aktiviert werden. Bild 1. Stevia: Die Zuckeralternative kann auch bitter schmecken.

Sensorische Tests mit geschulten Probanden

Auf der menschlichen Zunge gibt es nur einen Rezeptortyp, der für die Wahrnehmung von süssem Geschmack zuständig ist, etwa 25 verschiedene Rezeptoren hingegen für bittere Aromen. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) und des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung Potsdam Rehbrücke (DIfE) haben die beiden Geschmacksrezeptoren hTAS2R4 und hTAS2R14 ausfindig gemacht, die für den bitteren Nachgeschmack von Stevia sorgen.

Darüber hinaus wurden sensorische Tests durchgeführt, bei denen eigens geschulte Probanden die Geschmacksintensität der Steviabestandteile in Abhängigkeit von deren Konzentration beurteilen. Das Ergebnis der kombinierten Geschmackstests: Die Struktur der Glykosidmoleküle ist ein entscheidender Faktor für den Süsse- oder Bitterkeitsgrad von Stevia. «Je mehr Traubenzucker am Molekül gebundenen sind, desto süsser und weniger bitter», erklärt Thomas Hofmann, der den TUM-Lehrstuhl für Lebensmittelchemie und molekulare Sensorik inne hat. Der Stevia-Bestandteil Rebaudiosid D enthält zum Beispiel fünf Traubenzuckerbausteine und ist etwa fünfmal süsser und zu zwei Dritteln weniger bitter als Dulcosid A mit nur zwei Traubenzuckerbausteinen. «Der bittere Beigeschmack der Steviolglycoside entsteht, indem die Glycoside die

Stevia: bis zu 300-mal süsser als herkömmlicher Zucker Zwar sind die Extrakte der subtropischen Pflanze bis zu 300-mal süsser als herkömmlicher Zucker. Sie enthalten dabei kaum Kalorien und schonen die Zähne. Dennoch hat das «Honigkraut» einen Beige42

beiden Bittergeschmacks-Rezeptortypen auf der menschlichen Zunge aktivieren», erklärt Anne Brockhoff vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung. Die neuen Erkenntnisse könnten dazu beitragen, den Bittergeschmack von Steviaprodukten früh zu minimieren. «Beispielsweise können züchterische Massnahmen oder auch die Aufreinigung bei der Gewinnung der Steviaprodukte zielorientiert auf die besten Süssungskandidaten konzentriert werden», ist sich Hofmann sicher. Quelle: TU München Originalpublikation Caroline Hellfritsch, Anne Brockhoff, Frauke Stähler, Wolfgang Meyerhof, and Thomas Hofmann, «Human Psychometric and Taste Receptor Responses to Steviol Glycosides», J. Agric. Food Chem 60 [27], 6782–6793 (2012).

Kontakt Prof. Thomas Hofmann Technische Universität München Lehrstuhl für Lebensmittelchemie und molekulare Sensorik Lise-Meitner-Strasse 34 D-85354 Freising-Weihenstephan Telefon +49 (0)8161 71 2902 thomas.hofmann@wzw.tum.de www.molekulare-sensorik 7–8/2012

WERKSTOFFE

Anomale Abscheidung von Kupfer

Weg zur Chipverdrahtung geebnet

Kupfer ist aufgrund seiner überlegenen elektrischen Eigenschaften das Material der Wahl, wenn es um die elektrische Verdrahtung in moderner Unterhaltungselektronik wie Handys oder Laptops geht. Die technische Herstellung der Kupferschichten auf Leiterplatten wie auch der ultrakleinen Verbindungen auf den Mikrochips selber geschieht in Lösung. Dabei werden Kupferionen über eine angelegte Spannung entladen. In ihren Experimenten untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mithilfe der brillanten Röntgenstrahlung der ESRF, wie sich die Atome bei dieser elektrochemischen Abscheidung im Detail an die wachsende Oberfläche anlagern. Dabei beobachteten sie, dass die Kupferschichten mit steigender Spannung glatter aufwuchsen. «Dies war tatsächlich eine grosse Über-

Bilder: CAU

Einer Forschungsgruppe der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) gelang in Kooperation mit Wissenschaftlern der europäischen Synchrotronstrahlungsquelle (ESRF) in Grenoble eine überraschende Entdeckung zum Wachstumsverhalten von Kupfer. Das von Olaf Magnussen geführte Team fand heraus, dass bei der Abscheidung aus Lösung kleinste Zusätze von Chloridionen die Struktur der wachsenden Schicht und damit ihre Eigenschaften entscheidend beeinflussen. Diese Ergebnisse werden in der Halbleiterindustrie bei der Verbesserung von Hightech-Beschichtungsprozessen in der Mikrochip-Produktion helfen.

Bild 1. Grafische Darstellung des Wachstumsprozesses: Abgeschiedene Kupferatome bewegen sich auf der Oberfläche durch eine Schicht aus Chlorid.

raschung», erklärt Magnussen. «Andere Metalle, wie zum Beispiel Gold, wachsen zu höheren Spannungen hin rauer auf, und dies wird auch durch die derzeit vorherrschende Theorie so vorhergesagt.»

Anomales Verhalten von Kupfer erklärt

Bild 2. Einbau der Kupferprobe in das Röntgen experiment an der europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF.

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Letztlich konnten die Forscher das anomale Verhalten von Kupfer mit der atomaren Anordnung in einer Schicht aus Chloridionen erklären, die sich auf der Oberfläche befindet. Abgeschiedene Kupferatome müssen sich auf der Oberfläche einen Weg durch diese Schicht bahnen und werden bei höheren Spannungen, bei denen das Chlorid schwächer gebunden ist, deutlich beweglicher. Da der störungsfreie Betrieb von Mikrochips von qualitativ hochwertigen elektrischen Verbindungen abhängt, wird intensiv untersucht, wie das Wachstum besser kontrolliert und die Eigenschaften des abgeschiedenen Kupfers optimiert werden können. «Die Leute in der Industrie wissen seit Langem, dass man etwas Chlorid in der Lösung ha-

ben muss, um gute Filme zu erhalten, aber niemand weiss wirklich warum», betont Magnussen. Die neuen Ergebnisse könnten dieses Rätsel endlich lösen und helfen, die Herstellungsprozesse für Kupferverdrahtungen in der Halbleiterindustrie zu verbessern. Quelle: Christian-Albrechts-Universität Originalpublikation F. Golks, J. Stettner, Y. Gründer, K. Krug, J. Zegenhagen, O. M. Magnussen, «Anomalous potential dependence in homoepitaxial Cu(001) electrodeposition: an in situ surface x-ray diffraction study», Physcal Review Letters 108, 256101 (2012). Kontakt Prof. Dr. Olaf Magnussen Institut für Experimentelle und Angewandte Physik (IEAP) Leibnizstrasse 19 D-24098 Kiel Telefon +49 (0)431 880-5579 magnussen@physik.uni-kiel.de www.physik.uni-kiel.de 43

WERKSTOFFE

Experimente mit Goldnanopartikeln

Genau definierte Gebilde aus Nanopartikeln

Bilder: INM

Wissenschaftler des INM – Leibniz Institut für Neue Materialien in Saarbrücken haben herausgefunden, dass sich bestimmte Nanopartikel zu Gruppen anordnen, als wären sie Atome. Wie bei Atomen von Metallen oder Edelgasen entstehen dabei je nach Anzahl genau definierte Gebilde. Normalerweise bilden Nanopartikel eher ungeordnete, oft ziemlich lockere, fusselige Klumpen.

Bild 1. Wenn das Öl (grün) verdunstet, ordnen sich die Nanopartikel (rot) geordnet an.

Die Forscher am INM gehen davon aus, dass das unerwartete Verhalten von der Kleinheit der Nanoteilchen herrührt: «Wir nehmen an, dass sich Nanoteilchen mit einer Grösse von nur sechs Nanometern ähnlich verhalten wie Atome: Sie bewegen sich schnell, stossen aneinander und ziehen sich an», erklärt Tobias Kraus, Leiter des Programmbereichs Strukturbildung auf kleinen Skalen. Deshalb könnten sie sich auch beinahe so ordentlich anordnen wie Atome. Je nach Anzahl der Nanoteilchen können die Wissenschaftler nun voraussagen, welches dreidimensionale Gerüst die Partikel ausbilden.

Die Anzahl der Atome bestimmt die Form «Stellen Sie sich vor, dass solche Ansammlungen, sogenannte Cluster, mit 20 Teilchen wie eine Kugel aussehen, während 40 Teilchen sich eher wie ein Würfel anordnen und 60 Teilchen wie eine Pyramide», erklärt der Materialwissenschaftler und Chemieingenieur. So lassen sich gezielt Formen her44

Bild 2. Geordnete Nanopartikel im Elektronenmikroskop in der Durchsicht: Jeder Punkt stellt ein Nanopartikel dar.

stellen, indem man die Menge der Nanopartikel vor dem Herstellungsprozess festlegt. «Weil Nanopartikel als Kugel andere Eigenschaften haben, als Nanopartikel in Form eines Würfels, können wir mit der Anzahl der Teilchen gezielt Einfluss auf die Eigenschaften nehmen», sagt Kraus, «Ein eher länglicher Cluster passt beispielsweise durch die Poren eines Filters, obwohl er mehr Partikel enthält als ein kugelförmiger Cluster.» Die Wissenschaftler nutzen ein weitverbreitetes Prinzip, um die Nanopartikel in diese hochgeordnete Struktur zu zwingen. Dazu müssen die Goldnanopartikel alle gleich gross sein, was mit einem klassischen Verfahren gelingt: Die Forscher lösen kleine Goldbarren in konzentrierter Säure auf, verbinden das gelöste Gold mit organischen Molekülen und fügen oberflächenaktive Substanzen hinzu. Aus diesem Gemisch erhalten sie durch Erhitzen die Nanopartikel in einer Grösse von sechs Millionstel Millimeter. Sie schwimmen in Öl, das die Forscher in kleine Tropfen zerteilen. Jeder

Tropfen enthält mehrere Nanopartikel. «Wenn diese Tröpfchen verdunsten, bleibt für die Nanoteilchen immer weniger Platz und sie rücken sozusagen geordnet aneinander und bilden die geordneten Cluster aus», fasst Kraus zusammen. In Zukunft will das Team verschiedene Partikel in die Cluster einbauen, von denen jedes eine andere Aufgabe hat. Damit sei der erste Schritt zu einer mikroskopischen Maschine getan. Quelle: INM Originalpublikation Johann Lacava, Philip Born, and Tobias Kraus, «Nanoparticle Clusters with Lennard-Jones Geometries», Nano Lett., 12 [6)], 3279–3282 (2012). Kontakt Dr. Tobias Kraus Leibniz-Institut für Neue Materialien Campus D2 2, D-66123 Saarbrücken Telefon +49 (0)681 9300 389 tobias.kraus@inm-gmbh.de www.inm-gmbh.de 7–8/2012

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Ein Pilotprojekt wäre hilfreich

Ein guter Grund für die CO2-Speicherung Ein wichtiger Schritt nach der CO2-Abscheidung ist die Lagerung im Untergrund. Dazu fehlt heute in der Schweiz das geologische Detailwissen. ETH-Forscher plädieren für ein nationales Pilotprojekt, das sowohl die technische Machbarkeit wie auch die gesellschaftliche Akzeptanz untersucht.

Fossile Brennstoffe wie Kohle sollen durch erneuerbare Energieträger ersetzt und das bei der Verbrennung entstehende Treibhausgas CO2 in der Atmosphäre reduziert werden. Das ist das erklärte Ziel der Energie- und Klimapolitik. Bis die Energiesysteme jedoch vollständig auf erneuerbare Energieträger umgestellt sein werden, ist man auch auf sogenannte Brückentechnologien angewiesen. Darunter sind Ansätze wie die «CO2 Capture and Storage»-Technologie (CCS, vgl. ETH Life Online vom 8. Juni 2012). Der Grundgedanke der CCS-Technologie sei es, CO2 direkt in den Kraftwerken oder Industrieanlagen abzuscheiden, dann zu komprimieren, in Pipelines zum Speicherort zu transportieren und dort unterirdisch sicher einzulagern, erklärt Marco Mazzotti, Professor für Verfahrenstechnik am Laboratorium für Trennprozesse und Vorsitzender im Leitungsausschuss des Energy Science Center der ETH Zürich.

Bild: SPL/ETH Zürich nach: CO 2 CRC

Florian Meyer

Aufschluss durch Pilotprojekt

Bild 1. Zur Speicherung von CO2 eignen sich vor allem Gesteinsschichten in mindestens 800 Metern Tiefe, die aus einer porösen Gesteinsschicht und aus einer dichten Deckschicht bestehen. Das verdichtete CO2 dringt in das poröse Gestein («saliner Aquifer») ein, löst sich darin im Salzwasser und verfestigt sich mit der Zeit zu Kalk oder Dolomit. Als Speicherstätten eignen sich auch Erdöl- und Erdgasfelder. Die Einlagerung von CO2 kann sogar die Ausbeute an Öl und Gas erhöhen («Enhanced Oil/Gas Recovery»).

Gesellschaftlich kontrovers diskutiert wird besonders die CO2-Speicherung: Aus wissenschaftlicher Sicht dringend notwendig ist deshalb ein Pilotprojekt, bei dem die Ausbreitung des CO2 in Abhängigkeit der detaillierten, geologischen Merkmale eines Standorts untersucht wird. Die Anforderungen an einen CO2 -Speicher sind im Prinzip die gleichen wie bei natürlichen Erdöllagern: Um CO2 in mindestens 800 Metern Tiefe sicher zu lagern, muss eine poröse Gesteinsschicht (zum Beispiel Sandstein) vorhanden sein und eine dichte Deckschicht (zum Beispiel bestimmte Tongesteine) darüber liegen. Abgeschirmt von der undurchlässigen Deckschicht dringt

das verdichtete CO2 in den Sandstein. Mit der Zeit löst es sich im darin enthaltenen Salzwasser, und es bildet sich natürliches, kohlensäurehaltiges Mineralwasser. Die entstandene Lösung ist hat eine etwas grössere Dichte und damit keinen Auftrieb mehr. Bei geeigneter mineralischer Zusammensetzung des Speichergesteins wandelt sich das CO2 auf die lange Dauer zu festen Carbonaten, wie zum Beispiel Kalk oder Dolomit, und setzt sich am Speichergrund fest. Wie ein CO2-Speicher funktioniert, haben zwei Doktoranden Marco Mazzottis, die CCS-Forscher Daniel Sutter und Mischa

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Werner, unlängst im «ETH-Klimablog» beschrieben. Ausserdem haben Sutter und Werner zusammen mit fünf Maschinenbaustudenten einen interaktiven Schaukasten entwickelt, der anschaulich und visuell nachvollziehbar darstellt, wie die CO2-Speicherung in einem porösen Sandstein («saliner Aquifer») funktioniert (Bild 1). Dass die Geologie im Molassebecken des Schweizer Mittellands Potential für die CO2Speicherung bietet, haben Forscher der Universität Bern 2010 in einer Studie nachgewiesen. Woran es fehlt, ist das Detailwis45

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sen über geeignete Standorte: «Zurzeit ist die Schweiz noch nicht auf die Speicherung von CO2 vorbereitet», sagt Sutter, «die sorgfältige Auswahl von Speicher- und Deckschicht ist absolut zentral. Dazu muss aber die lokale geologische Struktur genau untersucht werden.»

Pilotprojekt statt Probebohrungen Ein Pilotprojekt, bei dem eine kleine Menge CO2 injiziert und genau beobachtet wird, ermöglicht detailliertere und exaktere Informationen über die Geologie eines Standorts als die seismischen Methoden und Probebohrungen. Zudem könnten Umweltorganisationen, Behörden und auch der Gesetzgeber das Projekt von der Planungsphase an begleiten, um ihrerseits Erfahrungen zu sammeln, Zuständigkeiten abzuklären und allfällige

rechtliche Anpassungen vorzunehmen. «Ein Pilotprojekt ist ausserdem ein gutes Forum, um den Dialog mit der Öffentlichkeit aufzunehmen und die Bevölkerung mit der CCS-Technologie vertraut zu machen», sagt Sutter. Dies zeigen die Erfahrungen aus einem vergleichbaren Pilotprojekt in Deutschland: In Ketzin bei Berlin wurden verschiedene Möglichkeiten, die Bewegung des CO2 im Speicherreservoir zu verfolgen, erfolgreich getestet. Daraus konnten die Forschenden wertvolle Detailinformation über die Eigenschaften des Speichergesteins und den Speicherbetrieb gewinnen. Die offene und klare Kommunikation mit Informationsveranstaltungen und einer Dauerausstellung vor Ort ermöglichten es zudem, auch kritische Punkte und Befürchtungen der lokalen Bevölkerung anzusprechen und die Akzeptanz des CO2Speichers zu erhöhen. Bereits seit 2008 leitet Mazzotti das im Dezember 2012 zu

Ende gehende Forschungsprojekt «Carma» (Carbon Management in Power Generation). In diesem Projekt untersuchen Forscher verschiedener Institutionen des ETH-Bereichs das technische, geologische und sozioökonomische Potential, das die CCSTechnik weltweit und in der Schweiz hat. Im Hinblick auf einen schrittweisen Ausstieg aus der Kernenergie und den Aufbau von zusätzlichem Know-how ist ein nationales Pilotprojekt zur Lagerung von abgeschiedenem CO2 wichtig. Erfahrungen mit Speicherungsprojekten im Ausland zeigen, dass die Suche nach einem geologisch geeigneten Speicher und die Durchführung eines Pilotprojekts rund zehn Jahre dauert. «Ein Pilotprojekt mit kleinen CO2-Mengen ist dringlich, wenn sauberer Strom aus CCSGaskraftwerken für die Schweiz eine Option bleiben soll», sagt Mazzotti. Quelle: ETH Life vom 8. Juni 2012

Flechten, Algen und Moose

Grossspeicher für Stickstoff und Kohlendioxid Auf der Mauer, auf der Lauer sitzen nicht nur Wanzen, sondern oft auch Flechten, Algen, Moose und Pilze. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Biodiversität und Klima Forschungszentrums, des Mainzer Max-PlanckInstituts für Chemie und der Universität Kaiserslautern haben erstmals berechnet, wie viel Kohlendioxid und Stickstoff dieser flächigen Bewuchs weltweit speichert. Dabei kam Erstaunliches zu Tag: Jährlich nehmen diese Lebensgemeinschaften rund 50 Millionen Tonnen Stickstoff auf und binden rund 14 Milliarden Tonnen Kohlendioxid.

Anhand von Daten zum Vorkommen und Stoffwechsel der einzelnen Arten der als Kryptogamen (Arten, deren sexuelle Vermehrung ohne Blüte stattfindet) bezeichneten Pflanzen und Pilze errechneten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen die Aufnahme von Kohlendioxid und Stickstoff. Insgesamt wurden dazu mehr als zweihundert Einzelstudien ausgewertet und zusammengeführt.

Terrestrisches N2: 50 Prozent in Flechten, Algen und Moosen Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft und befindet sich in einem ständigen Kreislauf. Geringe Mengen des Luftstickstoffs 46

werden hierbei an Land gebunden. Das erstaunliche Ergebnis der Studie: Gemeinschaften aus Flechten, Algen, Moosen, Farnen und Pilzen fi xieren jährlich 50 Millionen Tonnen und damit 50 Prozent des Luftstickstoffs, der an Land gebunden wird. Sie binden gleichzeitig so viel Kohlendioxid, wie pro Jahr durch Waldbrände und die Verbrennung von Biomasse weltweit freigesetzt wird. «Es gibt noch einzelne weisse Flecken, beispielsweise die Steppenlandschaften im Süden Russlands und im nördlichen Kasachstan, die nicht mit berücksichtigt werden konnten, weil keine Daten zu den dort vorkommenden Kryptogamen und deren Stoffwechsel verfügbar sind. Es ist deshalb

möglich, dass die tatsächliche Stickstoffund Kohlendioxidfixierung sogar noch höher ist», ergänzt Jörg Steinkamp, Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F). Der Untersuchung zufolge unterscheidet sich das Speicherpotential je nach Lokalität. In aussertropischen Wäldern wird am meisten Kohlendioxid durch kryptogame Schichten gespeichert, die am Boden wachsen. In den Tropenwäldern verhält es sich umgekehrt: Hier binden Flechten, Moose und Algen, die auf Pflanzen, beispielsweise deren Rinde, wachsen, das meiste CO2. Global gesehen sind die in den Wäldern der Nordhalbkugel vorkommenden kryptogamen Schichten der grösste Speicher für Kohlendioxid. Hier wird auch der Löwenanteil des 7–8/2012

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an Land gebundenen Stickstoffs aus der AtmosphĂ¤re fi xiert.

Kryptogamen Als Kryptogamen (griech. kryptos verborgen, heimlich; gamein heiraten), Geheim-, oder VerborgenblĂźher bezeichnete man ursprĂźnglich eine Pflanze, deren sexuelle Vermehrung ohne BlĂźte (also unauffĂ¤llig) stattfindet. Kryptogamen bilden aus taxonomischer Sicht keine geschlossene systematische Einheit. Der Begriff ÂŤKryptogamenÂť wird in der Biologie zwar uneinheitlich verwendet, umfasst jedoch in der zentralen Bedeutung immer blĂźtenlose Pflanzen. Zu den Kryptogamen werden je nach Blickwinkel Bakterien, Algen, Moose, Flechten, Farnpflanzen und Pilze, sehr selten auch Viren gezĂ¤hlt. Auch Schleimpilze werden zu den Kryptogamen gerechnet, obwohl es sich bei ihnen â&#x20AC;&#x201C; wie bei den echten Pilzen â&#x20AC;&#x201C; nicht um Pflanzen handelt. Der Name dieser Organismengruppe geht auf die 1735 erarbeitete Systematik LinnĂŠs zurĂźck und bedeutet so viel wie ÂŤdie sich im Versteckten PaarendenÂť. Sie wurden den Phanerogamen, also den sich ÂŤsichtbar paarenden BlĂźtenpflanzenÂť gegenĂźbergestellt. Quelle: Wikipedia

7â&#x20AC;&#x201C;8/2012

Bild 1. Zu den Kryptogamen zĂ¤hlen unter anderem Flechten, im Bild: Xanthoria parietina.

insbesondere durch seine Wirkung auf die Vegetation und deren CO2-AufnahmekapazitĂ¤t, immer mehr an Bedeutung gewinntÂť, so Steinkamp, der am BiK-F im Bereich Modellierung der terrestrischen Vegetation arbeitet.

Uralte Lebensform Die in der Studie untersuchten Kryptogamen vermehren sich durch Sporenbildung. Sie sind eine sehr alte Lebensform. Fossilien datieren die zu dieser Gruppe zĂ¤hlenden Blaualgen auf etwa 2,6 bis 2,7 Milliarden Jahre zurĂźck. Im Laufe der Zeit hat sich in der Gruppe eine beeindruckende Vielfalt an Formen, Farben und Arten herausgebildet. Zudem sind Kryptogamen absolute AnpassungskĂźnstler und kommen fast Ăźberall vor. Insbesondere in nĂ¤hrstoffarmen Ă&#x2013;kosystemen, die extremen Bedingungen ausgesetzt sind, sind sie daher ein wichtiger Bestandteil des Stoffkreislaufs. Quelle: BiK-F Originalpublikation Wolfgang Elbert, Bettina Weber, Susannah Burrows, JĂśrg Steinkamp, Burkhard BĂźdel, Meinrat O. Andreae und Ulrich PĂśschl, ÂŤContribution of cryptogamic covers to the global cycles of carbon and nitrogenÂť, Nature Geoscience 5, 459-462 (2012)

(Online: www.nature.com/ngeo/journal/ vaop/ncurrent/full/ngeo1486.html) Kontakt Dr. JĂśrg Steinkamp BiodiversitĂ¤t und Klima Forschungszentrum Senckenberganlage 25 D-60325 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7542 1866 joerg.steinkamp@senckenberg.de www.bik-f.de

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Mit Hilfe der kryptogamen Schichten den Klimawandel zu bekĂ¤mpfen, ist jedoch nicht mĂśglich, denn der flĂ¤chige Bewuchs speichert das Treibhausgas Kohlendioxid nur Ăźber wenige Jahre hinweg. Dennoch erhĂśhen Flechten, Algen, Moose, Farne und Pilze Ăźber die Stickstoffbindung auch die globale CO2-Fixierung, denn Ăźber Kryptogame gelangt Stickstoff als mineralischer DĂźnger in den Boden. Damit wird das Wachstum von Pflanzen (zum Beispiel BĂ¤umen), die das Treibhausgas langfristig speichern, in Stickstoff-limitierten Ă&#x2013;kosystemen angekurbelt und sie kĂśnnen mehr Kohlendioxid aus der AtmosphĂ¤re aufnehmen. ÂŤDiese Studie ermĂśglicht verbesserte Vegetationsmodelle, in denen der Stickstoffkreislauf,

Bild: JĂśrg Steinkamp, BiK-F

Ein Mittel gegen den Klimawandel?

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UV-Licht setzt Methan aus Meteoriten frei

Methan auf dem Mars deutet nicht auf Leben

Seit Wissenschaftler im Jahr 2003 grössere Mengen von Methan in der Marsatmosphäre identifizierten, wird viel über dessen Quelle spekuliert. Die bekannteste Hypothese besagt, dass Mikroorganismen das Methan bilden und es sich somit um ein Indiz für Leben auf dem Roten Planeten handelt. Eine andere vermutet die Ursache in geologischen Methanquellen im Marsinneren. Bisher kann jedoch keine der Theorien die grosse Menge von 200 bis 300 Tonnen Methan pro Jahr, die auf dem Mars Hochrechnungen zufolge produziert werden, schlüssig erklären. Ganz ohne Marsexpedition und nur mithilfe eines Meteoriten fanden Forscher des MaxPlanck-Instituts für Chemie in Mainz und der Universitäten in Utrecht und Edinburgh jetzt eine wesentliche Quelle. «Methan entsteht aus unzähligen kleinen Mikrometeoriten und interplanetaren Staubteilchen, welche aus dem Weltall auf der Marsoberfläche landen», erläutert Frank Keppler. «Die Energie liefert die extrem starke ultraviolette Strahlung», ergänzt der Atmosphärenchemiker.

UV-Licht zersetzt Kohlenstoffverbindungen im Meteoriten Im Gegensatz zur Erde fehlt dem Mars eine schützende Ozonschicht, die den grössten Teil der UV-Strahlung aus dem Weltall absorbieren könnte. Zudem ist die Marsatmosphäre sehr dünn, sodass im Vergleich zur Erde ein wesentlich geringerer Teil des Meteoritenmaterials beim Eintritt in die Atmosphäre verglüht. Zusammen mit den Kollegen aus Grossbritannien und den Niederlanden bestrahlten die Mainzer Forscher Proben des Meteori48

ten Murchison mit ultraviolettem Licht. «Der Meteorit enthält mehrere Prozent Kohlenstoff und hat eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie die Hauptmenge des Meteoritengesteins, das auf dem Mars landet», sagt der Kosmochemiker Ulrich Ott. Der 4,6 Milliarden Jahre alte Meteorit schlug 1969 in der australischen Stadt Murchison ein. Die Forscher wählten bei der UV-Bestrahlung identische Bedingungen wie auf dem Mars, wodurch fast augenblicklich beträchtliche Mengen Methan aus dem Meteoriten entwichen. Ihre Schlussfolgerung: Kohlenstoffhaltige Verbindungen im Meteoritengestein werden durch das energiereiche UV-Licht zersetzt, wobei sich Methanmoleküle bilden.

Methanproduktion hängt von der Temperatur ab Da die Temperatur auf dem Roten Planeten von minus 143 Grad Celsius an den Polen bis zu plus 17 Grad Celsius am Marsäquator schwankt, untersuchten die Wissenschaftler die Meteoritenproben auch bei entsprechenden Temperaturen. Je wärmer es wurde, umso mehr Methan gaben die Meteoritenstückchen ab. Diese Temperaturabhängigkeit stimmt auch mit den unterschiedlichen Methankonzentrationen an verschiedenen Stellen der Marsatmosphäre überein. So fand man in Infrarotspektren das meiste Methan in der Äquatorgegend, dort wo es für Marsverhältnisse am wärmsten ist. Die Ergebnisse des Teams um Keppler dürften all diejenigen ernüchtern, die fest an den biologischen Ursprungs des Methans glauben. Ausschliessen können die Forscher die Hypothese der Marsmikroben

Bild: Nasa

Es war eine Sensation, als Wissenschaftler vor neun Jahren Methan in der Marsatmosphäre entdeckten. Für viele gilt das Gasvorkommen als klarer Hinweis für Leben auf dem unwirtlichen Planeten, da Methan auf der Erde vorwiegend durch biologische Vorgänge entsteht. Andere vermuten geologische Prozesse wie Vulkane als Ursache. Forscher in Mainz, Utrecht und Edinburgh konnten zeigen, dass Methan aus einem Meteoriten entweicht, wenn man ihn unter Marsbedingungen mit ultraviolettem Licht bestrahlt. Auf der Marsoberfläche treffen kontinuierlich Meteorite und interplanetarer Staub aus dem Weltall auf, die kohlenstoffhaltige Verbindungen mit sich bringen. Hieraus schliessen die Forscher, dass aus ihnen durch energiereiche UV-Strahlung Methan entsteht.

Bild 1. Methankonzentration auf dem Mars: Die Grafik zeigt die berechneten Methankonzentrationen in parts per billion (ppb) auf dem Mars während des Sommers auf der Nordhalbkugel. Violett und blau weisen auf wenig Methan hin, rote Bereiche signalisieren grosse Mengen.

aber nicht, denn während der hier gefundene Prozess zwar unvermeidbar ist, ist es durchaus möglich, dass weitere Prozesse zur Methanproduktion beitragen. Mehr Details zur Entstehung von Methan und vielleicht sogar eine abschliessende Klärung, ob es Leben auf dem Mars gibt, erhoffen sich die Forscher vom Mars Rover Curiosity, der laut NASA im August auf unserem Nachbarplaneten landen soll. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft Originalpublikation Frank Keppler, Ivan Vigano, Andy McLeod, Ulrich Ott, Marion Früchtl, Thomas Röckmann et al., «Ultraviolet radiation induced methane emissions from meteorites and the Martian atmosphere», Nature 486, 93–96 (2012). Kontakt Dr. Frank Keppler Max-Planck-Institut für Chemie Telefon +49 (0)6131 305 4800 frank.keppler@mpic.de 7–8/2012

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Beurteilung berufsbedingter Expositionen

Expositionen gegenüber Nanopartikeln Eine Arbeitsgruppe des INERIS (Französisches Institut für Umweltschutz und Umweltgefahren in der Industrie), der CEA (Behörde für Atomenergie und alternative Energien) und des INRS (französisches Forschungsinstitut für die Prävention von Arbeitsunfällen und Krankheiten) hat einen Leitfaden erarbeitet, um Präventionsspezialisten dabei zu unterstützen, das Emissionspotenzial von Nanopartikeln bei der Herstellung von Nanomaterialien zu charakterisieren. Beschreiben wird die Vorgehensweise für eine bessere Beurteilung der berufsbedingten Exposition gegenüber Nanopartikeln, mit dem Ziel, die Sicherheit der Mitarbeiter zu erhöhen und ihre Gesundheit zu schützen.

Da die Anwendungen von Nanomaterialien immer zahlreicher werden, vervielfachen sich auch die potenziellen Gefahrensituationen in den Forschungslaboratorien und im gesamten Produktlebenszyklus (Gestaltung, Umsetzung, Vernichtung). Umfragen in Frankreich zeigen, dass Zehntausende Menschen mit Nanomaterialien arbeiten. Der 2009 vom Forschungsministerium gestartete Plan Nano-Innov verfolgt eine Innovationsstrategie im Bereich Nanotechnologien, bei der gleichzeitig die Sicherheit der Forscher und der betreffenden Mitarbeiter am Arbeitsplatz gewährleistet wird. Vor diesem Hintergrund haben die CEA, das INRS und das INERIS ihre Kompetenzen gebündelt, um eine Methode zu entwickeln, mit der die Emissionen von Nanopartikeln am Arbeitsplatz charakterisiert werden können.

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Eine der Hauptursachen für die Exposition am Arbeitsplatz ist das Einatmen von Nanomaterialien oder Nanopartikeln, wie zum Beispiel eines bei der Herstellung von Nanomaterialien freigesetzten Aerosols. Die Herausforderung besteht darin, das Emissionspotenzial eines «Ziel»-Aerosols, das synthetische Nanopartikel (Titandioxid, Siliciumdioxid, etc.) enthält, zu charakterisieren und es dabei von Umgebungsaerosolen zu unterscheiden, die unabhängig vom Herstellungsprozess am Arbeitsplatz vorkommen. Das Handbuch enthält zunächst Empfehlungen für Messkriterien zur Charakterisierung des Aerosols (Partikelgrösse, Konzentration, Morphologie, chemische Zusammensetzung usw.) und schlägt ein Verfahren in fünf Schritten vor: In den ersten drei Schritten soll herausgefunden werden, ob

beim Verfahren Nanopartikel freigesetzt werden, und falls ja, die Notwendigkeit und die Durchführbarkeit einer Messung zu bestätigen. Der vierte Schritt ist die Messung selbst und umfasst zwei Phasen: die grundlegende Charakterisierung und/oder eine tiefgreifendere Charakterisierung, die ausführlichere Untersuchungen ermöglicht. Schliesslich werden im Schritt fünf die Messergebnisse analysiert. Das 32-seitige Handbuch in französischer Sprache ist auf der INERIS-Website verfügbar (www.ineris.fr/centredoc/guide-methodologique-cea-ineris-inrs-v14-1334828211. pdf)

Quelle: Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland

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Wie man Risiken in den Griff bekommt

Sirenengesang der Sicherheit

Patrick Merkofer Damit man sich im Dschungel zwischen Rohrleitungen, Reaktoren, Mischern, Deichselstaplern und Gefahrstoffen nicht hoffnungslos verliert, ist es angebracht, systematisch und strukturiert vorzugehen. Basis bildet die Einteilung des Betriebs in mehrere überblickbare Arbeitsbereiche. Diese wiederum werden in einem ersten Schritt grob auf gefährliche «Inhalte» wie handwerkliche Tätigkeiten, Betriebsmittel, Gefahrstoffe beurteilt. Dies hilft, grosse Gefahren von unwesentlichen Gefährdungen zu unterscheiden und sich auf die richtigen, sprich die grossen, Gefahrenquellen zu fokussieren. Gegenmassnahmen können so mit Blick auf den Kern des Problems bzw. der Gefahr ergriffen werden. Dabei sollte das Übel an der Wurzel angepackt und nicht erst mit kosmetischen Massnahmen übertüncht oder gleich mithilfe der rosaroten (Schutz-)Brille nur scheinbar in die Ferne verbannt werden. Hier geht es bestimmt nicht darum, persönliche Schutzartikel schlecht zu reden, aber diese sollten die letzte aller möglichen Massnahmen sein. Das Übel an der Wurzel zu packen bedeutet folgende Möglichkeiten nach dem Prinzip STOP zu prüfen: ■ S wie Substitution: Ziel hierbei ist es, das Sicherheitsproblem zu entfernen. Erfolgen kann dies durch den Ersatz eines besonders gefährlichen, weil beispielsweise giftigen oder umweltgefährdenden Stoffs durch einen anderen, möglichst ungefährlichen Stoff. Alte Betriebsmittel erweisen sich oft als sehr robust und langlebig, sind aber ebenso oft nicht mehr auf dem aktuellen Stand der Sicherheitstechnik. In bestimmten Fällen kann die Pensionierung des alten Betriebsmittels das Problem von selbst lö50

sen, weil das neue Betriebsmittel alle Gefahren weitestgehend eliminiert. ■ T wie Technisch: Fast genauso wirkungsvoll wie die Substitution, aber eben auch nicht überall realisierbar, sind technische Massnahmen. Gerade im Bereich Explosionsschutz sind häufig technische Massnahmen erforderlich, zum Beispiel Lüftungsmassnahmen. Auch Schutzabdeckungen bei Betriebsmitteln mit drehenden bzw. bewegten Teilen sind längst zu Klassikern mutiert und erhöhen die Sicherheit markant und nachhaltig. ■ O wie Organisatorisch: Was nicht substituiert werden kann und technisch nicht (mit vertretbarem Aufwand) lösbar ist, kann mit organisatorischen Massnahmen noch in den Griff bekommen werden. Anmerkung dazu: Die Wirksamkeit der Massnahmen nimmt massiv ab, da wir hier in Bereichen aktiv werden, die von den Mitarbeitern befolgt werden – oder eben nicht. Mitarbeiter können geschult und Gebotssymbole aufgehängt werden: Ob sich der Mitarbeiter stets daran hält, das steht in den Sternen. Schliesslich werden auch im Strassenverkehr trotz klarer Regeln immer mal wieder Autofahrer mit einem zu schwerem Gasfuss geblitzt … ■ P wie Personenbezogen: So manche Person, die aufgrund gewisser Sehschwächen zum Brillentragen verdonnert wurde, hatte sich sicher auch damit befasst, welche Auswirkungen dies denn in Zukunft auf ihre Erscheinung haben würde. Schliesslich reden wir hier nicht über eine schicke Sonnenbrille eines bekannten Designers, sondern über eine ganz durchschnittliche Sehhilfe. Vermutlich gibt es Dinge die eher zu Freudensprüngen Anlass geben als besagter Gedanke. Genau aus diesem Grund sind personenbezogene Schutzmassnahmen

Bild: Fotolia

Sicherheit. Heute mag man dieses Wort beinahe schon nicht mehr hören. Selbstverständlich wird jedes Produkt nach irgendwelchen Standards hergestellt und verkauft. Gesund muss es sein, ökologisch gut verträglich oder eben – sicher. Insbesondere in der chemisch-/pharmazeutischen Industrie hat Sicherheit eine lange Tradition – aus gutem Grund. Der Umgang mit Gefahrstoffen und die Verwendung hochkomplexer Prozessanlagen erfordert es, die Risiken exakt abzuklären und mittels geeigneten Massnahmen in den Griff zu bekommen.

Bild 1. Sicherheit ist keine Frage des grossen oder kleinen Massstabs. Im Umgang mit gefährlichen Stoffen gilt: Vorbeugen ist besser als heilen.

auch nur dann zu empfehlen, wenn anderweitige Massnahmen nicht realisierbar sind oder für sich alleine keine ausreichende Sicherheit bieten. Wie bei den organisatorischen Massnahmen liegt es hier insbesondere auch an den Vorgesetzten, mit gutem Beispiel voran zu gehen und auf die Befolgung der definierten Massnahmen zu pochen. Und ausserdem gibt es gerade auch im Bereich der Schutzbrillen und Sicherheitsschuhe unterdessen durchaus elegante Lösungen, die nicht an allen Ecken und Enden auf die (Hühner-)Augen drücken. Deshalb lohnt es sich insbesondere bei der Wahl persönlicher Schutzartikel die Mitarbeiter mit einzubeziehen. Sicherheit ist manchmal mühsam, aber oft nur auf den ersten Blick. Denn häufig führt die Beachtung des Sicherheitsaspekts auch dazu, dass Prozesse besser und somit wirtschaftlicher und von höherer Qualität gestaltet werden können. Und ganz nebenbei: Wer geht abends nicht gerne wieder gesund nach Hause? ■ 7–8/2012

Bild: Dechema/Helmut Stettin

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Bild 1. Publikum in Halle 4.0

Zufriedene Aussteller

Die internationalste Achema aller Zeiten Mit stabilen Aussteller- und Besucherzahlen schloss die Achema 2012 am 22. Juni ihre Pforten. Fünf Tage lang informierten sich 167 000 Besucher über die Angebote der 3773 Aussteller, die diese auf 136 400 m² Ausstellungsfläche präsentierten. Von der Laborausrüstung über Komponenten und den Anlagenbau bis hin zur Verpackungsstrasse war zu sehen, was in Chemie, Verfahrenstechnik und Biotechnologie gebraucht wird. Allein die Ausstellungsgruppe «Pumpen, Kompressoren und Armaturen» umfasste erstmals mehr als 1000 Aussteller. Besonderes Augenmerk galt in allen Bereichen den Fokusthemen Energie und Bioökonomie.

«Wir freuen uns besonders, dass die neue Hallenaufteilung so gut angenommen wurde», sagte Thomas Scheuring, Geschäftsführer der Dechema Ausstellungs-GmbH, zum Abschluss der Veranstaltung. Die erstmals zur Verfügung stehende Halle 11 fand bei Ausstellern und Besuchern der Gruppe «Mess-, Regel- und Prozessleittechnik» grossen Anklang. Aber auch die Labor- und Analysentechnik und die Thermischen und Mechanischen Verfahren zogen starke Besucherströme an. Vom neuen Geländeplan profitierte ausserdem die Pharma-, Verpackungs- und Lagertechnik, die nunmehr die komplette Halle 3 belegte. Mit fast 50 Prozent ausländischen Ausstellern aus insgesamt 56 Ländern war die Achema internationaler als je zuvor. «Das zeigt, dass die Achema gerade in unseren stark globalisierten Branchen die Leitveranstaltung ist und bleibt. Globalisierung heisst nicht nur, dass Europäer und Amerikaner nach Asien gehen – umgekehrt kommen asiatische Aussteller und Besucher zunehmend nach Europa», erläuterte Scheuring. 7–8/2012

Das zeigte sich auch in den Ausstellerzahlen: Mehr als 200 chinesische und mehr als 150 indische Firmen präsentierten ihre Angebote. Aber auch zahlreiche europäische und US-Unternehmen nutzten die Gelegenheit, ihre Innovationen vorzustellen. Die Aussteller zeigten sich ebenfalls zufrieden mit der Resonanz. «Der Einfluss der Achema ist ungebrochen», sagte Michael Thiemann, CEO der ThyssenKrupp Uhde GmbH und Vorsitzender des Achema-Ausschusses, bei der Zwischenbilanz-Pressekonferenz. Auch andere Aussteller äusserten sich positiv über Zahl und Qualität der Besucher. «Für uns lief die Messe sehr erfolgreich und deutlich besser als 2009, sogar besser als im Jahr 2006 vor der Krise. Auf unseren drei Messeständen hatten wir einen sehr hohen Anteil an internationalem Fachpublikum zu Besuch, mit einer deutlich wachsenden Zahl von Kunden aus Asien», so das Resümée von Friedbert Klefenz, Bosch Packaging Technology. Ähnlich sieht es Karsten Just von Bartec Holding: «Noch bemerkenswerter als die reinen Zahlen ist

die Tatsache, dass die Besucherqualität sehr hoch war.» Umgekehrt beurteilten nach den Ergebnissen der Besucherbefragung mehr als 83 Prozent der Besucher die Qualität der Achema mit «gut» oder «sehr gut». Der Kongress mit 900 Vorträgen und zahlreichen Gast- und Partnerveranstaltungen gab einen Ausblick auf die Themen, die die Branche in der nahen und mittleren Zukunft beschäftigen werden. Zu den Spitzenreitern zählten dabei Vorträge zur Energiegewinnung und -speicherung und zur Biomassenutzung. Aber auch Vortragsreihen aus der Materialwissenschaft, zur Bionik und zu Chemieparks stiessen auf hohe Resonanz. «Wir haben die Fokusthemen richtig gewählt», sagte Kurt Wagemann, Geschäftsführer der Dechema e. V. «Die nachhaltige Nutzung von Energie und Rohstoffen ist eine zentrale Frage gerade für die chemische Industrie, die in der Wertschöpfungskette weit vorne steht und damit für andere Branchen als Impulsgeber dient.» Quelle: Dechema 51

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Die Achema 2012 – einige persönliche Anmerkungen Alle drei Jahre findet in Frankfurt am Main die Achema statt – eine Messe mit einem riesigen Ausmass. Dies sowohl die Fläche als auch die Aussteller- und Besucherzahlen betreffend. Es folgen einige persönlich Anmerkungen und Eindrücke nach einem (zu) kurzen Messebesuch.

Die Achema ist die weltweit bedeutendste Chemiemesse. Dies zeigt sich in vielerlei Hinsicht. Zu erwähnen ist die Ausstellungsfläche: Sie ist rund 70 Fussballfelder gross. Die Folge: lange Wege. Zwar verkehren (oft überfüllte) Shuttle-Busse auf dem ganzen Gelände; Laufbänder auf der Via Mobile sind zudem teilweise willkommene Hilfsmittel (Bild 1). In den einzelnen Hallen herrschte meist reger Betrieb. Aussteller, die mit einem Platz

Bilder: Kurt Hermann

Kurt Hermann, «ChemieXtra»

Bild 1. Viel Verkehr auf der Via Mobile

Produkut-f Weitere io nen a at inform uubrand.com c a www.v

Nie wieder Ölwechsel. PC 3012 NT VARIO der neue Chemie-Pumpstand für hohe Vakuumanforderungen im Kilolabor und Miniplant die sinnvolle Alternative zu Drehschieberpumpen efﬁziente VARIO®-Prozessregelung Marschalkenstrasse 10 · CH-4132 Muttenz Telefon +41 (0)61 725 44 44 · Telefax +41 (0)61 725 44 45 info@labo-tech.ch · www.labo-tech.ch

in den hinteren Reihen vorlieb nehmen mussten, beklagten sich oft über fehlende «Laufkundschaft» – es sei denn, sie hätten im Vorfeld der Messe ihre Kunden selbst eingeladen. Zu leiden hatten auch die Aussteller und Besucher in Hallen, in denen die Kühlung ausgefallen war oder nur ungenügend funktionierte. Für Journalisten gab es viel zu tun. Wer möglichst keine interesante Pres se kon ferenz versäumen wollte, war ständig unterwegs. Nicht jedermanns Sache waren die Presseveranstaltungen in den Ständen selbst. Teilweise umgeben von Lärm produzie-

renden Demonstrationsobjekten und gestört durch Messebesucher sollten sie im Stehen den Ausführungen der Firmensprecher zuhören und irgendwie auch noch Notizen machen. Gute Arbeitsbedingungen sind anders.

Messesplitter Leider haben die Veranstalter bis jetzt wenig Zahlen veröffentlicht. Aufgefallen ist die grosse Beteiligung aus asiatischen Ländern, sowohl bei den Ausstellern als auch bei den Besuchern. Aus China (Bild 2) und Indien präsentierten sich bereits mehr Aussteller als aus der Schweiz. Umfassend über eine Veranstaltung wie die Achema zu berichten ist unmöglich, besonders wenn der Besuch nur kurz war. Entsprechend willkürlich ausgewählt sind denn auch die im Folgenden beschriebenen Produkte, die bei Schweizer Ausstellern gefunden wurden. Ein kleiner Zyklostatika-Isolator Der Skanair-CMR-Isolator der Allschwiler Skan AG (www.skan.ch) wurde für das sichere Arbeiten mit CMR-Substanzen/Zytostatika im Labormassstab entwickelt. Der Isolator arbeitet mit Unterdruck beim Umgang mit cancerogenen, mutagenen, reproduktionstoxischen Substanzen (CMR-Subs7–8/2012

LOGISTIK IN IHREM ELEMENT. DACHSER Chem-Logistics

Bild 2. Chinesische Aussteller soweit das Auge reicht …

tanzen) oder Kategorie-4-Substanzen. Bei aseptischen Applikationen wird er mit Überdruck betrieben. Der konstante, laminare Luftstrom zirkuliert im Umluftbetrieb. Er wird dabei über die von Skan neue entwickelten Fipa-Patronen – ein patentiertes Hepa-Filtersystem – geführt. Substanzen können über eine Schleuse in die Arbeitskammer eingebracht , dort unter Reinraumbedingungen präpariert und anschliessend über eine zweite Schleuse sicher entnommen werden.

Mehr Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit Die Hochschule Luzern – Technik & Architektur (www.pinch-analyse.ch) stellte die benutzerfreundliche Software PinCH für die praktische Durchführung von PinchAnalysen in der Industrie vor. Die PinchMethode ist ein Werkzeug zur Prozessintegration. Mit ihr wird systematisch aufgezeigt, wie Energieströme im Gesamtprozess miteinander gekoppelt werden müssen, um das beste Anlagendesign und damit einen optimalen Energieeinsatz zu errei-

Ihre Vorteile mit DACHSER Chem-Logistics: Individuelles ChemielogistikKnow-how und standardisierte Logistikösungen Ein einheitliches, europäisches Netzwerk Automatisierte Prozesse mit durchgängiger, elektronischer Schnittstellendokumentation Vollständige Transparenz durch innovative IT-Systeme Hohe Gefahrgutkompetenz Hohe Sicherheits- und Qualitätsstandards für die chemische Industrie

Bild 3. Die Skan AG, Allschwil, präsentierte neben anderen Neuheiten einen kleinen Zytostatika-Isolator.

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www.dachser.ch

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Bild 4. Mit dem BPM-60 lassen sich pH-Werte und GelöstsauerstoffKonzentrationen in Schüttelkolben kontinuierlich erfassen.

chen. Wichtige Parameter sind beispielsweise Energieeffizienz, Investitions- und Betriebskosten. PinCH wurde mit der Unterstützung des Bundesamtes für Energie (BFE) und der EnergieAgentur der Wirtschaft (EnAW) entwickelt. Die Software erlaubt eine rasche Einarbeitung in die Methode und kann zielgerichtet und kostengünstig angewendet werden. Damit wird die PinCH-Analyse auch für kleinere und mittlere Betriebe anwendbar. pH- und Gelöstsauerstoff in Schüttelkolben Mit dem BPM-60 lassen sich verschiedene Schüttlermodelle der Birsfelder Kühner AG, (www.kuhner.com) ausrüsten (Bild 4). Die

Bild 5. Das Tridion-9 GC-MS des US-Unternehmens Torion Technologies eignet sich für den Feldeinsatz.

neue Online-Messtechnologie ermöglicht es, den pH-Wert und die GelöstsauerstoffKonzentration im Schüttelkolben einzeln oder gleichzeitig nicht-invasiv zu messen. Dies kann in bis zu acht Kolben gleichzeitig stattfinden. Die lückenlos aufgezeichneten Daten unterstützen den Anwender, beispielsweise bei der Optimierung der Kultivierungsbedingungen im Schüttelkolben. So werden Sauerstofflimitierungen erkannt oder eine Inhibierung kann durch Auswertung von Daten festgestellt werden. GC-MS für Felduntersuchungen Peter Pichler von der Brechbühler AG in Schlieren (www.brechbuehler.ch) zeigte

das Tridion-9 GC-MS (Bild 5). Das miniturisierte Instrument des US-Unternehmens Torion Technologies eignet sich für den Feldeinsatz, wenn schnelle Resultate mit hoher Selektivität gefordert sind. Das Tridion-9 ist drei Minuten betriebsbereit. In der Bibliothek werden die Spektren und Retetionszeiten der Zielchemikalien gespeichert. Dadurch ist der Benutzer laufend darüber informiert, ob bestimmte Chemikalien anwesend sind. Die Daten können auch nach den Messungen mit der Software eines Drittanbieters ausgewertet werden. ■

Vier Prozesstechnologie-Fachtagungen nutzen gemeinsame Plattform Führende Schweizer Branchenverbände und Fachorganisationen engagieren sich auf InPulse, der neuen Plattform für Fachtagungen der Chemie- und Laborbranche. Firmenpartnern steht die Veranstaltung als zeitgemässes Forum für Kompetenzmarketing offen. Die neu geschaffene Weiterbildungsplattform InPulse nimmt weiter Form an. Die Veranstaltung, die erstmals vom 26. bis 27. September in Basel stattfinden wird, konnte vier führende Fachorganisationen aus der Schweizer Chemie- und Laborbranche als Partner gewinnen. 54

Etablierte Wissensträger und -vermittler wie die SGVC, Swissi, Swiss TS oder Swiss Cleanroom Concept (SCC) teilen sich das Dach der InPulse, um aktuelle Weiterbildungsangebote für ihre Mitglieder und Kunden anzubieten. An den Fachtagungen referieren ausgewählte Experten zu Themen wie Trends in der Reinraumtechnik, Mikround Millireaktoren im Down Stream Processing, Laborsicherheit, Risikomanagement, Umweltsicherheit und Cleaner Production. Die Bündelung von Themen und Fachbereichen stösst auch auf Interesse bei Anbietern, die eine komplementäre Veranstal-

tungsform zur reinen Produktmesse suchen. Als Forum für Kompetenzmarketing konzipiert, eröffnet die InPulse neue Wege. Fachanbieter werden eingeladen, um anhand aktueller Fragestellungen und moderner Lösungsansätze den Kontakt mit den Teilnehmenden zu pflegen. Weitere Informationen zu den Programmen der einzelnen Fachtagungen sind unter www.inpulse.ch/themen erhältlich. Interessierte Firmen können sich als Gastgeber bewerben unter www.inpulse.ch/gastgeber. Quelle: InPulse 7–8/2012

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Veranstaltungen AUGUST 2012 23.08.

Veranstaltung: Chromatography Day Ort: CH-Lenzburg (nicht Zofingen!) Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 www.brechbuehler.ch, chromday@brechbuehler.ch

SEPTEMBER 2012 10./11.09.

Fachtagung: Globally Harmonized System Ort: D-51063 Köln Veranstalter: Vereon AG Postfach 2232, CH-8280 Kreuzlingen Telefon +41 (0)71 677 87 00 info@chem-academy.com, www.chem-academy.com

12.09.

Workshop: Globally Harmonized System Ort: D-51063 Köln Veranstalter: Vereon AG Postfach 2232, CH-8280 Kreuzlingen Telefon +41 (0)71 677 87 00 info@chem-academy.com, www.chem-academy.com Kurs: Headspace Injektionstechniken (HS/SPME/ITEX) Ort: CH-8952 Schlieren Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

Bilder: Fotolia

12.09.

20.09.

Kurs: Einführung in die Chromatographie Ort: CH-4010 Basel Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

26.09.

Kurs: Einführung in Funktion und Anwendung von AFM Ort: CH-Liestal Veranstalter: 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

26./27.09.

InPulse: Processing Solutions in Life Sciences Ort: CH-4005 Basel Veranstalter: MCH Messe Schweiz (Basel) AG CH-4005 Basel Telefon +41 (0)58 200 20 20 www.inpulse.ch, info@inpulse.ch

27./28.09.

Lehrgang: Prozessregelungen – von den Grundlagen zu Advanced Controls Ort: D-Kaiserslautern Veranstalter: Dechema-Forschungsinstitut Postfach 17 03 52, D-60077 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564 253/202 www.dechema-dfi.de/Kurse, info@dechema.de

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28.09.– 01.10.

Messe: glasstec 2012 Ort: D-Düsseldorf Veranstalter: Messe Düsseldorf GmbH Informationen: Intermess Dörgeloh AG Obere Zäune 16, CH-8001 Zürich Telefon +41 (0)43 244 89 10 intermess@doergeloh.ch, www.doergeloh.ch

OKTOBER 2012 11./12.10.

Tagung Bauchemie Ort: CH-CH-8600 Dübendorf Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e. V. Postfach 90 04 40, D-60444 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7917 366 www.gdch.de/tagungen, tg@gdch.de

12.10.

Kurs: Das 1×1 der Qualität im Labor Ort: CH-4002 Basel Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

15./16.10 29.–31.10.

Kurs: Energie-Optimierung mit Pinch-Analyse Ort: CH-6048 Horw Veranstalter: CC Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik Technikumstrasse 21, CH-6048 Horw www.hslu.ch/tevt, peter.liem@hslu.ch

16.10.

Applica: Trennanalytik im Wandel Ort: CH-Basel Veranstalter: Diverse Organisation: Christian Beerli c/o Novartis Pharma AG, WSJ-386.6.22 Postfach, CH-4002 Basel Telefon +41 (0)61 324 27 59 www.sach.ch applica.htmlapplica@estvideo.fr

23./24.10.

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

24./25.10.

Kongressmesse: Cleanzone – Internationale Fachmesse für Reinraumtechnologie Ort: D-60327 Frankfurt am Main Veranstalter: Messe Frankfurt Exhibition GmbH Ludwig-Erhard-Anlage 1 D-60327 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)221 16 99 59 30 www.cleanzone.messefrankfurt.com, kerstin.maenner@messefrankfurt.com

31.10.

Kurs: Methodenentwicklung in der GC Ort: CH-8952 Schlieren Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

PRODUKTE

Säulen für den hochauflösenden Grössenausschluss von Biomolekülen

Yarra von Phenomenex Inc. ist eine neue Säulenserie für die wässrige Grössenausschlusschromatografie von Biomolekülen. Jahrelange Entwicklung der Produkttechnologie

führen dazu, dass Yarra-Säulen bis zu 70 Prozent mehr Trennleistung als bisherige Trennsäulen liefern. Die Säulen sind mit drei unterschiedlichen Porengrössen in der Partikelgrösse 3 µm verfügbar. Sie eignen sich sowohl für die Trennung von kleinen bis grossen Proteinen und Peptiden als auch für die Trennung von Biotherapeutika und Biogenerika. Die proprietäre hydrophile Oberflächenchemie von Phenomenex stellt sicher, dass eine hohe Auflösung bei geringer Proteinadsorption erzielt wird. Dies ist wichtig für eine genaue Quantifizierung. Phenomenex garantiert, dass Yarra Säulen mindestens die gleichen, wenn

Modul zur kontinuierlichen Tablettenherstellung und Tablettenpresse können einfach integriert werden. Damit wird der Engineering-Aufwand bei der Konzipierung einer neuen Produktionslinie zusätzlich vereinfacht. Dies ermöglicht kürzeste Planungsund Validationszyklen. Die kontinuierliche Produktion erfüllt die FDA-Direktive «Continuous Manufacturing». Gericke bietet Lösungen im Bereich der kontinuierlichen Dosierung und Vermischung von API und Trägerstoffen. Gerteis ist spezialisiert auf die Herstellung von Geräten für die Trockengranulation und Pulverkompaktierung.

Gericke und Gerteis haben eine neue Lösung zur kontinuierlichen Vermischung und Trockengranulierung von Pulvern für die Tablettenherstellung. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten ihrer Geräte ermöglichen das Verarbeiten von nahezu sämtlichen pharmazeutischen Pulvern, auch solchen, die schwierig zu handhaben sind. So erhält die pharmazeutische Industrie eine attraktive Möglichkeit für eine flexible Produktion mit tiefen Produktionskosten pro Tablette. Das Modul wird als Komplettlösung angeboten. Pulvertransporteinheit

Ein komplett kontinuierlicher Produktionsprozess für die Herstellung von Tabletten bietet grosse Vorteile. Das gesamte Prozessdesign wird im Vergleich zur Produktion in Chargen wesentlich vereinfacht. Eine kontinuierlich betriebene Anlage erübrigt teure Down- und UpscalingProzeduren und garantiert eine gleichbleibende Produktqualität.

Gericke AG Althardstrasse 120 CH-8105 Regensdorf Telefon +41 (0)44 871 36 36 gericke.ch@gericke.net www.gericke.net

nicht sogar bessere Trennleistungen zeigen wie vergleichbare andere Säulen. «Wir haben mit Beta-Testern in der Schweiz zusammengearbeitet. Deren Rückmeldungen bezüglich Peakschärfe und Auflösung waren überwältigend positiv. Zudem zeigten sie sich von der Robustheit und der hohen Wiederfindung beeindruckt», erklärt Patrick Kugel, zuständiger Verkaufsleiter für PhenomenexProdukte bei der Brechbühler AG. «Viele dieser Anwender haben Ihre Methoden bereits auf Yarra Säulen umgestellt.» Yarra Säulen zeigen eine sehr gute Reproduzierbarkeit von Säule zu Säule und Charge zu Charge. Die

Packverfahren von Phenomenex ermöglichen eine bessere Säulenstandzeit, was den Anwendern dabei hilft, Zeit und Geld zu sparen. Zusätzlich kann die Standzeit der Säulen durch die Verwendung des SecurityGuard-Vorsäulensystems weiter verlängert werden. Für das neue Produkt wird von Phenomenex ein vollständiger Applikations- und Methodenoptimierungssupport angeboten. Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren Telefon +41 (0)44 732 31 31 sales@brechbuehler.ch www.brechbuehler.ch

Ein cleveres Vakuumpumpsystem Leistungsfähig und flexibel: KNF Neuberger AG hat mit dem SC 950 ein Vakuumpumpsystem entwickelt, das sämtliche Ansprüche zu erfüllen vermag. Die Fernbedienung sorgt zusätzlich für Komfort und vereinfacht den Arbeitsprozess enorm. Das SC 950 zeichnet sich durch eine hohe pneumatische Leistung aus, entsprechend kurz sind die Prozesszeiten. Es fördert bis zu 50 Liter pro Minute (3 m3/Stunde) und erreicht ein Endvakuum von < 2 mbar absolut. Die Regelgenauigkeit, der niedrige Schallpegel und geringe Vibrationen sind weitere Eigenschaften des Vakuumpumpsystems. Mehr Platz auf dem Labortisch: Dank kompakter Bauweise und einer Funkfernbedienung lässt sich das Vakuumpumpsystem in Labormöbeln unterbringen oder in einem Laborabzug platzieren – und dies ohne Kabelführung. Via Handterminal, das drahtlos mit dem Vakuumpumpsystem kommuniziert, werden die gewünschten Prozessparameter eingegeben und die ablaufenden Prozesse kontrolliert. Vier Betriebsmodi stehen zur Auswahl: Abpumpen, Druckregelung, Automatik – das System sucht selbstständig den Dampfdruck der Probe – sowie eine individuelle Druckfunktion. Bei dieser regelt das SC 950 alles nach dem Druckprofil, das der Benutzer definiert hat. Je nach Bedarf lässt sich der Prozess

am Handterminal auch manuell steuern. ZUdem kann der Nutzer alle Funktionen über eine mitgelieferte Windows-Software via PC regeln.

KNF Neuberger AG Pumpen + Systeme Stockenstrasse 6 CH-8362 Balterswil Telefon +41 (0)71 971 14 85 knf@knf.ch www.knf.ch

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PRODUKTE

Isolierte Trockentrichter-Behältertür

motan-colortronic hat investiert – in Weiterentwicklungen an der Luxor-Trocknerbaureihe. Die Servicetür ist nun gerundet und damit angepasst an die Aussenkontur bzw. den Radius des Trichterbehälters. Zudem ist die Isolierung in

allen thermischen Bereichen des Trichters überarbeitet worden. Diese konstruktiven Verbesserungen gelten für alle Trockentrichter ab 100 Liter bis 2400 Liter Fassungsvermögen. Die Form und Isolierung wurde so gewählt, dass mit einem nachhaltigen optimalen Materialflussverhalten bestmögliche Trocknungsbedingungen und Trocknungsergebnisse erreicht werden. Die Tür zur thermischen Balance bietet dem Kunststoffgranulat kein Hindernis, keine Kante, Nische oder Hinterschneidung, an/in der es sich verfangen kann. Das verhindert tote Zonen und begünstigt schnelle Materialwechsel ohne aufwendige Reinigung. Das 2 mm starke Edelstahlblech der gesamten materialberührten Innenflächen ist glasperl-

gestrahlt und damit absolut glatt. Lasergeschweisste Nähte mit flachen Schweissraupen und Punktverbindungen unterstützen den gleichmässig zügigen, sauberen und störungsfreien Massefluss. Bei der Isolierung des Trockentrichters, einschliesslich seiner Tür, handelt es sich um ein mehrere Zentimeter dickes und hochtemperaturfestes Material. Als gekapselte Isolierpackung schliesst es den Hohlraum hermetisch zwischen Innen- und Aussenwand des Trichterbehälters. Damit bleibt die Wärme innen, wo sie am wirkungsvollsten eingesetzt ist, womit auch dem Handschutz Rechnung getragen wird. Ferner sind die Scharniere überarbeitet worden. Sie sind justierbar,

um einen hermetischen Verschluss ohne Wärmeverluste zu gewährleisten. Die «griffige» Verschliessvorrichtung wird in zwei Stufen um 180 ° geschwenkt. Die ersten 90 ° dienen der Arretierung; die zweite Stufe dem sicheren Verschluss. Der Griff ist zur Sicherheit abnehmbar. Mit einem Drehschlüssel kann die Behältertür im Bedarfsfall ohne Weiteres geöffnet werden.

motan-colortronic ag Neulandweg 3 CH-5502 Hunzenschwil Telefon +41 (0)62 889 29 29 info@motan-colortronic.ch www.motan-colortronic.com

Domdruckminderer Der Domdruckminderer C31 aus Messing arbeitet im Mitteldruckbereich bis 100 bar und ist ohne Austausch von Teilen für einen weiteren Ausgangsdruckbereich einsetzbar. Der Druckregler arbeitet nach dem bewährten Prinzip des Druckgleichgewichts, das den Minderdruck automatisch auf den eingestellten Wert hält und bei Druck- und Volumenschwankungen verzögerungsfrei reagiert. Durch die Neukonstruktion ist der Druckminderer etwa 1 kg leichter als das Vorgängermodell. Er hat ausserdem einen grösseren Ventilausgang und somit eine grössere Durchflussleistung. Die Abmessungen und Verschleissteile (Kegel, Sitz, Membrane und O-Ringe) sind gegenüber dem Vorgängermodell (C1/821) gleich geblieben, was einen problemlosen Austausch oder Ersatz ermöglicht. C31-Domdruckregler sind für alle werkstoffgeeigneten Gase und Flüssigkeiten einsetzbar und insbesondere für O2-und CO2-Anwendungen. Ausführungsvarianten: – Hochdruck-Ausführung C31-R1-S: Vordruck p1 max. 100 bar, Minderdruckbereich p2 0,5 bis 70bar – Niederdruck-Ausführung C31-R1-L: Vordruck p1 max. 25 bar, Minderdruckbereich p2 0,1 bis 5 bar – Fremdsteuerung: Muss der Ausgangsdruck öfters verstellt werden, oder wird der Druckminderer an

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einem schwer zugänglichen Ort eingebaut, ist es empfehlenswert eine Fremdsteuerung zu verwenden. Diese Anwendung ist auch angezeigt, wenn bei variablem Volumenstrom oder Temperaturschwankungen ein konstanter Ausgangsdruck (p2) gefordert wird. Die Fremdsteuerung besteht aus einem Kleindruckminderer mit Sekundärentlüftung und wird direkt am Domdruckminderer angebaut, oder lose mitgeliefert. – Eigensteuerung: Die Eigensteuerung eignet sich besonders, wenn ein konstanter Ausgangsdruck (p2) bei variablem Volumenstrom gefordert wird, oder der Ausgangsdruck (p2) öfters verstellt werden muss. Bei der Eigensteuerung wird der Ausgangsdruck (p2) von einem direkt angebauten Kleindruckminderer mit Sekundärentlüftung gesteuert, dabei erfolgt die Speisung intern vom Eingangsdruck (p1). – Fremd- oder Eigensteuerung mittels elektronischer Steuerung: Die elektronische Steuerung regelt den Ausgangsdruck in einem geschlossenen Regelkreis proportional zum elektrischen Eingangssignal. Der Ausgangsdruck wird in ein proportionales elektrisches Signal umgewandelt und mit dem Eingangssignal verglichen. Weitere Eigenschaften sind: • Druckbereiche: 0 bis 1 bar bis 0 bis 50 bar

• Speisespannung: 24 V DC • Signalbereiche: 0 bis 10 V, 0 bis 20 mA, 4 bis 20 mA, Profilbus DP. • Der Proportional-Druckregler ist direkt auf dem Domdruckminderer angebaut. Domdruckminderer und elektronische Steuerung bilden eine Einheit. Zimmerli Messtechnik AG Schlossgasse 10 CH-4125 Riehen 1 Telefon + 41 (0)61 645 98 00 info@zimmerliag.com www.zimmerliag.com

Chemische Sensorsysteme – Elektronische Nasen und Zungen objektive Geruchs- oder Geschmacksmessung Produktentwicklung Shelf Live Qualitästskontrolle bei Rohmaterial und Endprodukt Produktionsüberwachung Einsatz in den Bereichen Kunststoffe/Verpackung, Pharma, Kosmetik usw. Gewerbestr.18, CH-4105 Biel-Benken Tel. 061 726 65 55, Fax 061 726 65 50 www.portmann-instruments.ch

PRODUKTE

«Online sein» steigert Produktivität

Während der Herstellung von vielen Produkten ist die Farbe ein wichtiger Parameter für dessen Aussehen und Qualität. Wird während der Produktion eine konstante und reproduzierbare Farbqualität erreicht, bewirkt dies eine Ausschussreduktion, weniger Reklamationen und geringere Zurücknahmen. Das Farbmanagementsystem von HunterLab ist Teil eines Prozesses. Das hochwertige Spektralfotometer misst kontinuierlich das Produkt auf der Produktionslinie und ermittelt alle farbrelevanten Daten über die gesamte Breite des Produkts. Mittels dieser Daten kann eine Relation

zwischen Farbe und anderen Prozessparametern wie Temperatur, Geschwindigkeit und Farbstoffen gefunden werden. Andere Einflüsse wie Rohstoffe, Rezeptur und zeitliche Variationen können in Relation zur Produktfarbe quantifiziert werden. Der Fingerabdruck jeder Produktion kann somit dauerhaft gespeichert werden. Durch die Installation eines SpectraTrend HT werden Farbdifferenzen frühzeitig erkannt, die zu Qualitätsunterschieden und letztendlich zu Kosten führen. Der Anwender bekommt schnelle Information über den Prozess, und die Qualitätssicherung wird erhöht. Effekte einer Prozessunterbrechung können minimalisiert werden, wenn das Farbverhalten online analysiert und somit gesteuert werden kann. Online-Geräte und die EasyMatch OL Software sind für den 24/7-Einsatz in der Produktion entwickelt worden. Die gesamte Konzeption wird den enormen Anforderungen einer Produktionsumgebung gerecht. Hunter & Caprez AG Schwäntenmos 15 CH-8126 Zumikon Telefon +41 (0)44 918 08 08 mail@huntercaprez.com www.huntercaprez.com

Pipettenständer mit austauschbaren farbigen Drehscheiben tenständer, den Twister universal 336, mit einzigartigem Design und vielen interessanten und praktischen Eigenschaften auf den Markt. • sanfte Achsendrehung um 360° • leicht erreichbare Instrumente • ideales Abstellkonzept • Konzept für sechs Pipetten der meisten Marken • einfache Demontage u. Reinigung • austauschbare Drehscheiben • sieben lichtdurchlässige Farben, für originelle Farbzusammenstellungen.

Der Schweizer Hersteller Socorex Isba S.A. bringt einen neuen Pipet-

Socorex Isba S.A. Champ-Colomb 7, P.O. Box CH-1024 Ecublens/Lausanne Telefon +41 (0)21 651 60 00 socorex@socorex.com www.socorex.com

Anwender testeten Mikropipetten

Die Semadeni-Gruppe liess die neuen Mikropipetten Accumax Smart von zahlreichen Fachpersonen in über 20 verschiedenen Firmen und Instituten in der Schweiz, in Deutschland und in Österreich testen. Die Anwender mussten die Pipetten bezüglich Handling und Genauigkeit beurteilen.

Das Resultat zeigt, dass die Testpersonen mit den Pipetten mehr als zufrieden sind. Die Durchschnittsnote gut bis sehr gut (4,1 von 5) unterstreicht dies deutlich. Die neue Pipettengeneration Accumax Smart ist als mechanische Einkanalpipetten mit variabler Volumeneinstellung in neuen Grössen mit einer Volumenbereichsabdeckung von 0,1 bis 10 000 µl erhältlich. Daneben sind auch Mehrkanalpipetten mit acht oder zwölf Kanälen in je fünf Grössen (0,5 bis 300 µl) ab Lager verfügbar. Ein praktisches Pipettenkarussell mit sechs Plätzen rundet das Angebot ab. Semadeni gewährt auf den Pipetten eine Garantiezeit von drei Jahren. Semadeni AG Tägetlistrasse 35–39 CH-3072 Ostermundigen Telefon +41 (0)31 930 18 18 info@semadeni.com www.semadeni.com

Kleinmengen-Nassdispergiereinheit für alle Dispergierflüssigkeiten Laser-Partikelmessgeräte Analysette 22 leisten wertvolle Dienste bei der präzisen Messung von Partikelgrössen durch statische Laserstreuung – in der Produktions- und Qualitätskontrolle genauso wie in Forschung und Entwicklung. Die Kleinmengen-Nassdispergiereinheit ist für alle Dispergierflüssigkeiten geeignet und benötigt für den gesamten Messkreislauf weniger als 50 ml Flüssigkeit. Automatische Messung, Reinigung und Auswertung sind selbstverständlich. Weitere Eigenschaften: • starke 100 Watt UltraschallLeistung, steuerbar • automatische Spülung für schnelle Reinigung • totraumfreier Flüssigkeitskreislauf • alle Funktionen SOP-gesteuert. Die Kleinmengen-Nassdispergiereinheit kann mit beiden Modellen der Laser-Partikelmessgeräte Analysette 22 kombiniert werden: Entweder • Analysette 22 MicroTec plus, der Allround-Laser mit einem Messbereich von 0,08 bis 2000 µm für alle gängigen Messaufgaben oder

• Analysette 22 NanoTec plus, das High-End-Gerät für Messungen bis in den Nanobereich für höchste Genauigkeit und Empfindlichkeit bei kleinsten Partikeln durch die Messung der Rückwärtsstreuung in einem dritten Laserstrahl. Tracomme AG Dorfstrasse 8 CH-8906 Bonstetten Telefon +41 (0)44 709 07 07 info@tracomme.ch www.tracomme.ch

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