ChemieXtra 12/2012 by SIGWERB GmbH

12 / 2012

Dezember 2012

FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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

Gemeinsam immer einen Schritt voraus

GC & GC/MS NMR

HPLC & UHPLC

Consumables

Spectroscopy

Spectroscopy? DAD

UV / VIS

Fluorescence IR Optical Rotation

sales@brechbuehler.ch, www.brechbuehler.ch

EDITORIAL

Faszinierende Chemie Keine Angst, liebe Leser, Sabine Goldhahn ist weiterhin Redaktorin von «ChemieXtra». Da sie

Ready-to-use Reagenzien ...

aufgrund anderer Verpflichtungen nicht in der Lage war, das vorliegende Heft zu produzieren, bin ich gerne als «Nothelfer» eingesprungen. Denn sehen wir doch den Tatsachen ins Auge: Wer einmal von der Chemie (auch von den übrigen in «ChemieXtra» behandelten Bereichen) gepackt wurde, den lässt sie auch im Alter nicht mehr los. Bei Forschern äusserst populär ist gegenwärtig Graphen. Nobelpreisträger Andre Geim, der zusammen mit seinem Postdoc Konstantin Novoselov die ersten Graphenmoleküle mittels Klebebändern isolierte, war Ende Oktober in Bern (Seite 27). Auf witzige und verständliche Art berichtete er über die teils unerwarteten Eigenschaften des neuen Trendmaterials.

... und Gelbwurz ist seit Jahrtausenden als Heilmittel gegen Arthrose und andere Leiden bekannt. Jetzt wurde entdeckt, dass der darin enthaltene Wirkstoff

CHEMIKALIEN

Curcumin auch Entzündungen hemmt und die Bildung und Ausbreitung

für jeden und

von Metastasen verhindert (Seite 34).

den speziellen Bedarf!

Eiweissreiche Kost hilft, Übergewicht vorzubeugen – mindestens bei Mäusen. Die Aufnahme von Eiweiss oder Eiweissbausteinen führt bei ihnen zu erhöhter Wasser- und dadurch zu geringerer Nahrungsaufnahme (Seite 38). Mit einem in Bayreuth konzipierten Verfahren können im Labor Drücke von mehr als sechs Millionen Atmosphären (600 Gigapascal) erzeugt werden! Materialien, die derartigen Drücken ausgesetzt sind, ändern ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften und entwickeln neue Strukturen (Seite 40). Auf Seite 55 schliesslich finden Sie Chemikerwitze. Leider haben wir nach unserem Aufruf nur drei Exemplare erhalten. Trotzdem wage ich zu be-

Direktbestellung ✆ 061/712 11 60 oder www.carlroth.ch

haupten, dass auch Chemiker Humor haben. Einem Teil von ihnen scheint das Lachen aber angesichts der zahlreichen Entlassungen – Lonza lässt grüssen – vergangen zu sein.

mit Neuheiten & Sonderangeboten

Laborbedarf - Life Science - Chemikalien

Kurt Hermann

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ROTH AG Fabrikmattenweg 12 - 4144 Arlesheim Tel: 061/712 11 60 - Fax: 061/712 20 21 info@carlroth.ch - www.carlroth.ch

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

CHEMIE

Das erste künstliche Metalloenzym

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

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

Forscher des Paul Scherrer Instituts und der ETH Zürich haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie in einer Siliciumschicht 30 Nanometer dünne, verspannte Drähte erzeugen können. Deren Spannung ist die höchste, die bislang in einem Material beobachtet worden ist, das als Grundlage für Elektronikbauteile dienen kann.

FIRMENREPORTAGEN

VERFAHRENSTECHNIK Holz wird gänzlich in seine Bestandteile zerlegt

BIOWISSENSCHAFTEN

Pseudomonas-Bakterien sind wirksame Gegenspieler von über den Boden übertragbaren Pflanzenkrankheiten. Nach einem Zufallsfund in ihrem Genom untersuchen Forscher am Institut für Integrative Biologie der ETH Zürich eine bisher unbekannte Eigenschaft der Bakterien: die Fähigkeit, Schadinsekten zu töten.

Jahrgang 2. Jahrgang (2012)

NEWS

Schadinsekten mit Bakterien bekämpfen

Erscheinungsweise 10 × jährlich

Silicium – fast zum Zerreissen verspannt

Chemiker der Universität Basel haben durch die Kombination von chemisch und genetisch modifizierten Bausteinen ein künstliches Enzym geschaffen, das eine synthetisch wertvolle chemische Reaktion in guten Ausbeuten und mit hoher Selektivität katalysiert. Dank dieser Eigenschaft kann das Enzym als Katalysator bei der Synthese wichtiger Strukturelemente verwendet werden.

FORSCHUNGSWELT

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 Goldhahn Science and News GmbH Dr. Sabine Goldhahn (sago) Bündtenweg 2 CH-4323 Wallbach Telefon +41 (0)61 861 10 11 redaktion@sigwerb.com

Forscher versuchen erdölbasierte Produkte wie Kunststoffe durch solche aus nachwachsenden Rohstoffen zu ersetzen. Als Rohstoff können Holzabfälle dienen, die in Lignin und Zellulose aufgetrennt werden. In einer Pilotanlage soll diese Auftrennung nun in grossem Massstab laufen.

MEDIZIN/PHARMA

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

ERNÄHRUNG

POLITIK UND WIRTSCHAFT

WERKSTOFFE

AUS- UND WEITERBILDUNG

PANORAMA

Materialforschung bei Höchstdrücken

An der Universität Bayreuth ist es erstmals unter normalen Raumtemperaturen im Laboratorium gelungen, statische Drücke von mehr als 6 Millionen Atmosphären (600 Gigapascal) zu erzeugen. Werden Materialien derartigen Drücken ausgesetzt, ändern sie ihre gewohnten chemischen und physikalischen Eigenschaften und entwickeln neuartige Strukturen.

UMWELT Methanabbau in Meeressedimenten

Dürer-Forschung mit Mikro-Röntgenfluoreszenz

Über Deutschlands berühmtesten Maler und Zeichner Albrecht Dürer denkt man, sei alles bekannt und erzählt. Doch mit moderner Röntgentechnik ist es möglich, die Werke Dürers zerstörungsfrei zu untersuchen und die Geschichte von der ursprünglichen Entwurfszeichnung bis hin zur Ausführung wieder sichtbar zu machen. Seit dem Jahr 2009 beschäftigt sich ein internationales Forscherteam am Germanischen Nationalmuseum (GNM) mit dem Frühwerk Albrecht Dürers (1471–1528).

Einen Beitrag zum besseren Verständnis des Methanabbaus durch Mikroorganismen in den Sedimenten der Ozeane liefern Forscher in Wien gemeinsam mit Forschern in Bremen. Sie analysierten die durch zwei Mikroorganismengruppen durchgeführte anaerobe Methanoxidation und zeigten, dass dabei Schwefel eine wichtige Rolle spielt.

VERANSTALTUNGEN

PRODUKTE

LIEFERANTEN VERZEICHNIS

Die sichere Biodekontamination von Reinräumen und Sicherheitswerkbänken ist mit konventionellen Methoden wie der Wischdesinfektion oder der Formaldehybegasung sehr unbefriedigend gelöst. Deshalb findet die saubere Alternative mit Wasserstoffperoxyd (H2O2) rasch Eingang in vielen Bereichen der Pharma, Biotechnologie, Tierhaltung und Krankenhaus. Die Dekontamination mittels H2O2 gilt als sehr sicher und lässt sich mit einem Total Kill von bis 106 Sporen von Geobacillus Stearothermophilus nachweisen. 12/2012

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Gib Viren keine Chance!

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ZUM TITELBILD FACHBERICHTE · MESSEN · NEWS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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

Gemeinsam immer einen Schritt voraus

SKAN AG Binningerstrasse 116 CH-4123 Allschwil Telefon +41 (0)61 485 44 44 Telefax +41 (0)61 485 44 45 info@skan.ch www.skan.ch 3

CHEMIE

Kohlenstoff als Schlüsselmaterial

Grübchen graben auf der Nanoskala Wenn die Energiewende hin zu erneuerbaren Energien gelingen soll, braucht es leistungsstarke Stromspeicher. Denn Sonne und Wind liefern den Strom nicht immer dann, wenn er gebraucht wird. Kohlenstoff ist ein Schlüsselmaterial zur Verbesserung der Effizienz von Energiespeichern und Energiewandlern. Chemiker der RUB verändern seine Oberfläche in Zusammenarbeit mit ihren Industriepartnern Bayer Technology Services und Bayer Material-Science zum Beispiel so, dass sie mehr Katalysatorpartikel tragen kann. Oder sie modifizieren den Kohlenstoff, um teure herkömmliche Katalysatoren wie Platin ganz zu ersetzen.

Viele Argumente sprechen für den starken Ausbau erneuerbarer Energien: die begrenzte Verfügbarkeit fossiler Energieträger wie Kohle, Öl und Gas, der Klimaschutz und andere Umweltschutzbelange sowie eine Verringerung der Abhängigkeit von Importen fossiler Energieträger. Will man erneuerbare Energien nutzen, spielen die Speicherung und die Wandlung des elektrischen Stroms, der durch Windund Sonnenenergie erzeugt wird, eine grosse Rolle. Nicht nur für mobile Anwendungen sind elektrochemische Speicher – in diesem Fall Batterien oder Akkus – wichtig. Sie werden zunehmend auch für dezentrale stationäre Zwischenspeicher diskutiert. Denn Wind und Sonne erzeugen nicht immer dann Strom, wenn man ihn auch benötigt.

Die elektrochemischen Energiespeicher Zu den elektrochemischen Energiespeichern gehören hauptsächlich Batterien, Brennstoffzellen und Superkondensatoren (Info 1), wobei in allen drei Fällen zwei Elektroden in Kontakt mit elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten, den Elektrolyten, stehen. Bei der Nutzung von Batterien und Brennstoffzellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt, während beim Laden von Batterien elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt 1)

Wei Xia, Martin Muhler, Lehrstuhl für Technische Chemie; Wolfgang Schuhmann, Analytische Chemie, Elektroanalytik & Sensorik der Ruhr-Universität Bochum

Bilder: RUB

Wei Xia, Wolfgang Schuhmann, Martin Muhler1)

Bild 1. Wie unscheinbares schwarzes Pulver sehen Kohlenstoffnanoröhrchen aus, die Hoffnungsträger für leistungsstärkere Energiespeicher und Energiewandler. RUB-Chemiker optimieren ihre Oberfläche.

wird. Bei der Elektrolyse wird elektrische Energie in speicherbare Brennstoffe gewandelt; so kann durch Elektrolyse aus Wasser Wasserstoff gewonnen werden. Sie ist zudem ein wichtiger Prozess in der Chlorindustrie (Info 2, Seite 8). Im Vergleich zu Brennstoffzellen haben sich Batterien erfolgreich auf dem Markt etabliert. Auch die Superkondensatoren haben Nischenmärkte wie im Speicherschutz gefunden, während Brennstoffzellensysteme trotz weitreichender Ankündigungen bisher nur in geringen Stückzahlen für Nischenanwendungen verwendet werden, etwa in U-Booten oder in der Raumfahrt. Insbesondere die hohen Kosten für die meist Platin-basierten Katalysatoren und die zu geringe Lebensdauer haben die Markteinführung von Brennstoffzellen verzögert. Denn innerhalb der Zelle herrschen

so korrosive Bedingungen, dass sich Trägermaterial und Platin auf Dauer auflösen. Aufgrund ihres hohen Potenzials hat aber die Förderung für Brennstoffzellenforschung in Deutschland in den vergangenen Jahren deutlich zugenommen (Bild 2).

Auf Graphit und Russ kann nicht verzichtet werden Wegen seiner hervorragenden Leitfähigkeit und elektrochemischen Stabilität erweist sich Kohlenstoff als eines der wichtigsten Materialien für die elektrochemische Energiespeicherung und Energiewandlung. Graphit und Russ sind unverzichtbar in Batterien und werden als Elektrodenmaterial oder als leitfähige Zusatzstoffe im grossen Massstab in der Industrie verwendet. Russ wird zudem als Standardträgermaterial für 12/2012

CHEMIE

Bild 2. Die Förderung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie in Deutschland liegt derzeit bei etwa 30 Millionen Euro – ein Zeichen für die grossen Hoffnungen, die in diese Technologie gesetzt werden.

Katalysatoren wie zum Beispiel Platinnanopartikel in Brennstoffzellen eingesetzt. Normalerweise besteht Russ aus kugeligen Partikeln. Die Fullerene, innen hohle Kugeln aus Kohlenstoff, waren eine Weiterentwicklung in Richtung einer grösseren Oberfläche des Kohlenstoffs. Sie ist ein entscheidender Faktor zu grösserer Effizienz von chemischen Reaktionen, die an der Oberfläche des Kohlenstoffs katalysiert werden. Inzwischen arbeiten wir mit mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes, CNT, Bilder 1 und 3). Sie bestehen aus rund zehn konzentrisch eingerollten einzelnen Ebenen von Kohlenstoff, man spricht von Graphen. Diese gerollten Graphenschichten sind ineinander geschoben und bilden einen hohlen Zylinder. Zwischen den einzelnen Schichten besteht ein Abstand von rund 0,34 nm. Das entspricht etwa dem Abstand zwischen den

Bild 3. Kohlenstoffnanoröhren sehen aus wie schwarzes Pulver. Sie bestehen aus rund zehn konzentrisch eingerollten einzelnen Ebenen von Kohlenstoff.

Atomschichten in Graphit, der aus mehreren Kohlenstoffebenen «gestapelt» ist. Seit Kurzem kann man CNT durch hochaktive Katalysatoren und Wirbelschichtreaktoren kostengünstig in grossen Mengen herstellen, sodass ihre Nutzung in industriellen Anwendungen im grossen Massstab möglich wird.

Kohlenstoffnanoröhren in der Elektrochemie Die Anwendung von CNT in der Elektrochemie weckt insbesondere im Hinblick auf Energiespeicherung und Energiewandlung grosse Hoffnungen, da mit der Oberflächenvergrösserung des Kohlenstoffs und damit der Katalysatoren mehr Leistung zu erwarten ist. Aufgrund der reaktionsträgen (inerten) und wasserabweisenden (hydrophoben) Eigen-

schaften ist es für viele Anwendungen allerdings notwendig, die Oberfläche der CNT zu modifizieren, damit zum Beispiel Platinpartikel als Katalysator auf dem Trägermaterial Kohlenstoff überhaupt «andocken» können. Beispielsweise sind funktionelle Gruppen – Sauerstoff in irgendeiner Form, zum Beispiel Carbonsäuren – oder Defekte als Ankerpunkte notwendig. Ein Defekt bedeutet, dass die normalerweise wabenförmige Anordnung der Kohlenstoffatome eine Lücke aufweist und somit ein ungesättigtes Kohlenstoffatom als Bindungspartner für andere Atome zur Verfügung steht. Um Kohlenstoffnanoröhren als Trägermaterial für Platinpartikel besser nutzbar zu machen, haben wir eine lokalisierte Ätztechnik entwickelt, mit der wir Oberflächendefekte an vorbestimmten Stellen erzeugen können. Das Verfahren läuft in mehreren Schritten ab (Bild 4).

Info 1: Elektrochemische Energiespeicher Zu den elektrochemischen Energiespeichern gehören hauptsächlich Batterien, Brennstoffzellen und Superkondensatoren. Eine Batterie ist ein geschlossenes System, bei dem die beiden Elektroden, Kathode und Anode, nicht nur als Ort der Ladungsübertragung, sondern auch für die stoffliche Speicherung chemischer Energie genutzt werden. Somit finden die Energiespeicherung und Energiekonvertierung im selben Bereich statt. Eine Brennstoffzelle ist ein offenes System, da ständig Brennstoff zugeführt wer-

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den muss. An Anode und Kathode findet nur ein Ladungstransfer statt. Die reagierenden Stoffe, zum Beispiel Wasserstoff und Sauerstoff, werden von aussen in die Zelle geleitet, entweder aus der Umgebung, zum Beispiel der Luft, oder einem Brennstoffreservoir, zum Beispiel Kohlenwasserstoff oder Wasserstoff. Die Energiespeicherung und Energiekonvertierung sind räumlich getrennt; die Brennstoffzelle ist ein Energiewandler, kein Speicher. Superkondensatoren funktionieren ganz ohne chemische Veränderung von Stoffen

allein durch die Ladungstrennung. Es wird Energie dadurch gespeichert, dass Ionen an möglichst grossen Elektrode-/Elektrolyt-Grenzflächen «festgehalten» werden. Bei Bedarf, zum Beispiel bei kurzzeitigen Stromausfällen, steht diese Energie dann zur Verfügung. Ladung und Entladung können sehr schnell stattfinden, sodass sich Superkondensatoren zur kurzzeitigen Zwischenspeicherung von elektrischer Energie eignen. Sie liefern Energie im Sekunden- bis Minutenbereich.

CHEMIE

Bild 4. Die vier Hauptschritte im Ätzprozess von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren. Durch Säurebehandlung bilden sich an der Oberfläche der Röhren funktionelle Gruppen als Anker für Eisenatome, die durch Verdampfung aufgebracht werden. Sie dienen als Katalysatoren für die anschliessende Ätzung durch Wasserdampf. Sie fressen sich in die Oberfläche der Röhre hinein und hinterlassen kleine Grübchen, die die Oberfläche der Röhre aufrauen.

Das Ätzen von CNT Die Kohlenstoffnanoröhren werden zuerst in konzentrierter Salpetersäure behandelt. Dabei bilden sich durch Oxidation auf ihrer Oberfläche sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen aus. Im nächsten Schritt werden winzige Eisenpartikel von wenigen Nanometern Grösse auf die Röhren aufgebracht. Das geschieht durch die Verdampfung von Ferrocen, einer flüchtigen, eisenhaltigen Verbindung. Die Eisenatome aus dem Ferrocen binden dabei an die funktionellen Gruppen auf der Röhrenoberfläche. Durch

Erhitzen auf 500 °C in Wasserstoff finden sich die einzelnen Eisenatome zu feinen Eisenpartikeln zusammen. Sie dienen dann als Katalysator für die eigentliche Ätzung. Die Ätzung basiert auf der Kohlevergasung durch Wasserdampf. Dabei bilden sich an den Eisenpartikeln Kohlenmonoxid und Wasserstoff (C + H2O → CO + H2). Die Eisenpartikel fressen sich in die Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhren hinein. Um die Eisenkatalysatoren aktiv zu halten, wird zusätzlich Wasserstoff eingeleitet. Er verhindert, dass sich die Eisenpartikel mit einem «Kokon» aus Kohlenstoff überziehen und aufhören zu reagieren. Die Ätzung tritt nur an der Grenzfläche zwischen Eisen und Kohlenstoff auf, das heisst, sie ist limitiert auf diejenigen Stellen der Kohlenstoffröhren, an denen Eisenpartikel lokalisiert sind. Die Ätzung kann durch die Wahl der Parameter zur Vorbehandlung und der Prozessparameter wie Temperatur, Druck, Menge der Reagenzien gesteuert werden. Abschliessend werden die Eisenpartikel durch eine erneute Säurebehandlung entfernt.

Mehrwandige CNT mit Grübchen Bild 5. Rasterelektronenmikroskopische Bilder der Kohlenstoffnanoröhren vor (A) und nach (B) der Ätzung. Die Oberfläche ist nach der Ätzung wesentlich rauer. Man erkennt deutlich die Grübchen, die die Eisenpartikel hinterlassen haben.

Auf diese Weise werden in einem umweltfreundlichen Prozess mehrwandige CNT mit Grübchen (sphärischen Aussparungen) hergestellt. Dabei werden nur die preiswerten Rohstoffe Wasser und Eisen genutzt. Zusätzlich werden bei diesem Prozess Was-

Bild 6. TransmissionselektronenmikroskopieBilder der Kohlenstoffnanoröhren nach der Ätzung. Die Einbettung der Eisennanopartikel in die Oberfläche der Röhre ist deutlich sichtbar.

serstoff und Kohlenmonoxid produziert, welche die Hauptbestandteile von Synthesegas darstellen, das für alle erdenklichen Energiespeicher wie Methan, Methanol 12/2012

CHEMIE

oder Benzin gebraucht wird und somit weiterverwendet werden kann. Die Beschaffenheit der Nanoröhren wurden wir mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht. Bild 5 zeigt die Nanoröhren vor und nach dem Ätzen. Die Grübchen sind deutlich sichtbar. Das transmissionselektronenmikroskopische (TEM-) Bild (Bild 6) zeigt das Einbetten der Eisennanopartikel, bedingt durch den Ätzprozess. Die Oberflächenrauigkeit wurde durch die Ätzung erheblich erhöht. Infolgedessen vergrössert sich die Oberfläche der Nanoröhren von rund 20 bis 40 m2 pro Gramm auf 90 bis 110 m2 pro Gramm. Um den Prozess weiter zu verbessern, wurde der erste Schritt, die Säurebehandlung, noch einmal genauer vorgenommen. Für die Erzeugung von sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen auf Kohlenstoffmaterialien sind nur stark oxidierende Agenzien wie zum Beispiel Salpetersäure unter aggressiven Reaktionsbedingungen effektiv einsetzbar. Jedoch führt diese Oxidation mittels flüssiger korrosiver Säuren häufig zu Schäden an den CNT. Sie werden zum Teil durch mechanischen Stress aufgrund des Rückflusses der Säure und/oder des Rührens verursacht. Darüber hinaus ist die Trennung der behandelten CNT von der Säure vor allem für CNT mit kleinem Durchmesser schwierig.

Bild 7. Nachbehandlung von Kohlenstoffnanoröhren mit Salpetersäuredampf. Konzentrierte Salpetersäure wird im Rundkolben unter Rühren erhitzt. Der Dampf steigt auf und passiert die Kohlenstoffnanoröhren, die ebenfalls erhitzt werden. In einem Kühler kondensiert die Säure und wird zurück in den Kreislauf geleitet.

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Bild 8. Vergleich zwischen Kohlenstoffnanoröhren nach den Behandlungen mit Salpetersäuredampf (links) und flüssiger Salpetersäure (rechts). Man sieht deutlich die Verklumpung des Pulvers nach der Behandlung mit flüssiger Säure. Die Beschaffenheit (Morphologie) der einzelnen Nanoröhren ist in beiden Fällen jedoch gleich.

Typischerweise filtert man die Nanoröhren aus der Flüssigkeit heraus, dabei geht jedoch eine beträchtliche Menge an CNT verloren, ausserdem verstopfen die Filter. Beim anschliessenden Trocknen der Nanoröhren verklumpen sie oft (Agglomeration, Bild 8), was ihre Anwendbarkeit beeinträchtigt.

Funktionalisierung von CNT in der Gasphase Deshalb wurde eine einfache, aber hoch ef fektive Methode zur Funktionalisierung von CNT durch die Salpetersäure-Gasphasenbehandlung entwickelt. Der verwendete Aufbau für die Behandlung mit Salpetersäuredampf ist in Bild 7 dargestellt. Die CNT werden in den Reaktor eingefüllt und typischerweise auf Temperaturen zwischen 125 und 250 °C aufgeheizt. Der Rundkolben wird mit konzentrierter Salpetersäure gefüllt und unter Rühren auf 125 °C erhitzt. Die Behandlung dauert zwischen 5 und 72 Stunden. Nach der Salpetersäure-Gasphasenbehandlung können die CNT ohne zusätzliche Arbeitsschritte wie Filtration, Waschen und Trocknung weiterverwendet werden. Anders als bei der herkömmlichen Behandlung mit flüssiger Säure verklumpen die Nanoröhren auch nicht (Bild 8). Die Sauerstoffkonzentration in den funktionellen Gruppen nimmt mit steigender Temperatur und Behandlungsdauer zu (Bild 9). Im Vergleich zur nassen Behandlung konnten wir nach

der Gasphasenbehandlung eine deutlich grössere Menge an sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen mittels Röntgen-PhotoElektronen-Spektroskopie (XPS) detektieren. Der Grad der Funktionalisierung des Materials hat sich also erhöht. Fazit: Im Vergleich zur herkömmlichen Behandlung mit flüssiger Salpetersäure ist die fünfstündige Gasphasenbehandlung bei 125 °C eine bessere Methode für die Einsetzbarkeit der CNT zum Beispiel als Träger für Katalysatoren.

Edelmetallfreie Elektrokatalysatoren Neben der Steigerung der Effizienz von Katalysatoren auf Edelmetallbasis durch die Optimierung des Trägermaterials Kohlenstoff wird auch die Entwicklung kostengünstiger edelmetallfreier Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffreduktionsreaktion (oxygen reduction reaction, ORR) untersucht, bei der ein Molekül Sauerstoff mit vier Elektronen und vier Protonen zu zwei Molekülen Wasser reagiert. Ein Beispiel dafür ist Stickstoff-dotierter Kohlenstoff. Handelsüblicher Russ und der Spezialkunststoff Polypyridin waren die Ausgangsmaterialien. Zunächst wurden Russ und Polypyridin in einem feststehenden Verhältnis im Mörser gründlich gemischt. Danach wurde die Mischung in Inertgas, zum Beispiel Stickstoff oder Argon, auf 600 oder 800 °C erhitzt. Inertgas ist notwendig, weil Luft bei der Erhitzung «mit7

CHEMIE

Bild 9. Sauerstoffkonzentration auf der Oberfläche der CNT, die bei unterschiedlichen Temperaturen für 15 Stunden mit Salpetersäuredampf behandelt wurden. Der Pfeil zeigt die Sauerstoffkonzentration nach der konventionellen Behandlung in flüssiger Salpetersäure bei 120 °C.

mischen» und zur Vernichtung des Kohlenstoffs führen würde. Das erhaltene Pulver wurden als Elektrokatalysator für die Sauerstoffreduktionsreaktion unter alkalischen Bedingungen getestet. Um die höchste katalytische Aktivität zu ermitteln, wurden unterschiedliche Zusammensetzungen von Kunststoff und Kohlenstoff (1:10, 1:5 und 2:5) untersucht. Polypyridin besteht aus verketteten Ringen von je fünf Kohlenstoffatomen und einem Stickstoffatom sowie fünf Wasserstoffatomen. Die Erhitzung führt zur Zersetzung des

Info 2: Chlorindustrie Besonders interessant ist die Optimierung von elektrochemischen Reaktionen für die Elektrolyse für die energieintensive Chlorindustrie. Der Energieverbrauch bei der Chloralkali- sowie der Chlorwasserstoff-Elektrolyse kann beispielsweise signifikant verringert werden mittels einer sogenannten Sauerstoffverzehrkathode und entsprechender Katalysatoren: Durch den Einsatz von Sauerstoff wird an der Kathode Wasser gebildet statt Wasserstoff, wodurch sich der Stromverbrauch um 30 Prozent reduzieren lässt. Für dieses innovative Verfahren erhielt der BayerKonzern 2008 den Umweltpreis des Bundesverbandes der Deutschen Industrie.

Bild 10. Elektrokatalytischen Aktivität in der Sauerstoffreduktion in 0,1 M Kaliumhydroxid. Die Sauerstoffreduktion beginnt bei einem Potenzial von etwa 0 V und ist somit ähnlich der Aktivität von herkömmlichen Platinkatalysatoren wie dem Pt/C-Katalysator bei gleichen Bedingungen.

Kunststoffs – der meiste Wasserstoff verschwindet – und zur Bildung von Stickstoffdotiertem Kohlenstoff auf der Oberfläche des Russes. Zum Beispiel wurden bei der Probe mit einem Polypyridin : Russ-Verhältnis von 2:5 und einer Behandlungstemperatur von 800 °C ein erfreulich hoher Stickstoffgehalt in Höhe von 2,2 Gewichtsprozent im fertigen Pulver gefunden. Die spannende Frage war: In welcher Form ist der Stickstoff an den Kohlenstoff gebunden? Mit hochauflösender Röntgen-FotoElektronen-Spektroskopie wurde die Art und Menge der stickstoffhaltigen Verbindungen in den verschiedenen Proben bestimmt. Drei unterschiedliche Stickstoffgruppen wurden identifiziert: den nur an Kohlenstoff gebundenen pyridinischen Stickstoff (Bindungsenergie 398,6 eV), den zusätzlich an ein Wasserstoffatom gebundenen pyrrolischen Stickstoff (400,6 eV) und den in die Graphenschicht eingebauten quaternären Stickstoff (401,7 eV). Für die Probe mit einem Polypyridin : Russ-Verhältnis von 2:5 und einer Behandlungstemperatur von 800 °C konnten gezeigt werden, dass 37 Prozent aller Stickstoffarten auf der Oberfläche pyridinischer Stickstoff, 39 Prozent pyrrolischer Stickstoff sowie 24 Prozent quaternärer Stickstoff sind. Welche Art von Stickstoff besonders günstig für die Katalyse ist, ist nicht bekannt. Weitere Untersuchungen haben aber darauf hingewiesen, dass pyridinischer und quaternärer Stickstoff für die hohe Aktivität von grosser Bedeutung sind.

Die Messung der elektrokatalytischen Aktivität in der Sauerstoffreduktionsreaktion zeigte: Die thermische Behandlung bei 800 °C führt zu Elektrokatalysatoren mit der höchsten Aktivität. Die Sauerstoffreduktion beginnt bei einem Potenzial von etwa 0 V und ist somit ähnlich der Aktivität von herkömmlichen Platinkatalysatoren bei den gleichen Bedingungen (Bild 10). Diese Beispiele zeigen, wie Kohlenstoffmaterialien durch die gezielte Veränderung ihrer Oberflächen für interessante elektrochemische Anwendungen optimiert werden können. Die Anwendungsmöglichkeiten von Kohlenstoffmaterialien lassen sich durch den Einbau von Stickstoff signifikant erweitern – Stickstoff-dotierter Russ, der mit einer einfachen Methode herstellbar ist, kann in bestimmten Anwendungen teure Edelmetallkatalysatoren ersetzen. Optimierte Kohlenstoffmaterialien sind deshalb für das Gelingen der Energiewende unerlässlich. Quelle: Rubin Sonderheft Transfer, Seiten 6–13 (2012) Kontakt Prof. Dr. Martin Muhler Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Chemie und Biochemie NBCF 04/690 Universitätsstrasse 150 D-44801 Bochum Telefon +49 (0)234 32 27645 muhler@techem.rub.de www.ruhr-uni-bochum.de 12/2012

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Eine alternative Kohlenstoffquelle

CO2-Fixierung durch katalysierte Hydrosilylierung Kohlendioxid könnte eine interessante alternative Kohlenstoffquelle für die chemische Produktion sein. Es ist kostengünstig, kommt in ausreichender Menge in der Natur vor und würde helfen, den Verbrauch fossiler Rohstoffe zu reduzieren. Zudem würde die CO2-Bilanz von Kraftstoffen und chemischen Produkten deutlich günstiger ausfallen. Das grösste Hindernis auf dem Weg dahin ist die hohe Stabilität des Kohlendioxidmoleküls. Spanische Forscher stellen einen neuen Ansatz vor, der Kohlendioxid in Form von Silylformiaten, siliciumhaltigen Ameisensäureestern, abfängt.

O O Bilder: Kurt Hermann

CH3

SiMeR2

N O

S R = OSiMe3

NCCH3

O CF3

Der luft- und feuchtigkeitsstabile Iridium(III) Katalysator

Renate Hoer Die Hydrierung von CO2 zu Ameisensäure (HCO2H) ist eine Variante der CO2-Nutzung, an der intensiv geforscht wird. Ameisensäure wird in der chemischen Industrie als Rohstoff für viele Produkte eingesetzt, etwa für die Agrarwirtschaft, die Lebensmitteltechnologie oder die Lederwarenindustrie. Insbesondere aber könnte sie als Wasserstoffspeicher dienen, etwa für Brennstoffzellen-betriebene Fahrzeuge. Obwohl bereits eine Reihe von katalytischen Verfahren für die Herstellung von Ameisensäure aus CO2 entwickelt wurde, ist noch keines grosstechnisch umgesetzt. Die Reaktion ist eine Gleichgewichtsreaktion, deren Gleichgewicht ungünstiger weise deutlich auf der Seite der Ausgangsverbindungen liegt. Um die ständig ablaufende

SiMe3 Me O

CO2

SiMe3

(3 ml)

Katalysator (1,0 mmol)

(3 bar, 298 K)

SiMe3 Me O

SiMe3

Die Hydrosilylierung von CO 2 verläuft unter milden Bedingungen und führt zun Silylformiat.

Rückreaktion zu unterdrücken, muss die Ameisensäure abgefangen werden – in Form von Salzen, Addukten oder Derivaten – um sie aus der Gleichgewichtsbilanz zu entfernen. Das Team um Francisco J. FernándezAlvarez und Luis A. Oro von der Universität Saragossa hat einen neuen Katalysator entwickelt, mit dem sich Kohlendioxid umsetzen und Form eines Silylformiats abfangen lässt. (Als Formiate bezeichnet man Salze und Ester der Ameisensäure, der Ausdruck Silyl steht für einen siliciumhaltigen organischen Molekülteil.) Silylformiate können für die Herstellung von Silikonpolymeren und als reaktive Zwischenprodukte in organischen Synthesen eingesetzt werden. Die Ameisensäure lässt sich aber auch leicht aus dem Silylformiat wieder freisetzen.

Die neue Reaktion, die die Forscher bereits im Gramm-Massstab realisieren konnten, läuft bei sehr milden Reaktionsbedingungen. Sie ist hochselektiv und liefert einen hohen Umsatz, sie kommt ohne Lösungsmittel aus, und es fallen keine Abfallprodukte an. Das Kohlendioxid wird dabei mit Heptamethyltrisiloxan reduziert. Herzstück ist ein speziell entwickelter Iridium-Katalysator, der sich erst in situ aus einer luft- und feuchtigkeitsstabilen Vorstufe bildet. Quelle: Angewandte Chemie Originalpublikation Ralte Lalrempuia et al., «Effective Fixation of CO2 by Iridium-Catalyzed Hydro silylation», Angewandte Chemie, Article first published online: 14 Sep 2012, doi:10.1002/ange.201206165

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CHEMIE

Katalytisch wirksam und selektiv:

Das erste künstliche Metalloenzym

Bild: Universität Basel

der Basis eines katalytisch nicht aktiven Gerüsts eine grosse Herausforderung für Chemiker, da nach wie vor nicht verstanden ist, wie die dreidimensionale Struktur eines Proteins seine katalytische Funktion beeinflusst. Die Chemiker um Ward generierten ein künstliches Metalloenzym, ein Wie in einem Handschuh ist das katalytisch aktive metallorganische Hybrid aus Protein Fragment (Molekülmodell) in die dreidimensionale Struktur des Wirtspro- und Metallkomteins Streptavidin eingebettet. plex. Dazu bauten sie ein künstliAn einer katalytischen Reaktion ist neben ches, katalytisch aktives Metallfragment in den Reaktanden ein weiterer Stoff, der ein Proteingerüst ein, das eine geeignete Katalysator, beteiligt, der die Reaktion be- dreidimensionale Struktur aufweist. Als schleunigt und nach deren Ablauf unver- Wirtsprotein diente den Forschern der braucht daraus hervorgeht. In lebenden Streptavidin-Biotin-Komplex, als MetallfragZellen kommt diese Aufgabe Enzymen zu ment ein an Biotin gebundener Rhodium– von der Natur geschaffene, komplexe komplex. Katalysatoren – welche die biochemischen Prozesse in Lebewesen ermöglichen. Dem Hohe Ausbeute Chemiker Thomas Ward und seinem Team von der Universität Basel ist es erstmals und Selektivität gelungen, ein künstliches Metalloenzym zu Das künstliche Metalloenzym katalysierte synthetisieren. zwar die beabsichtigte Reaktion, jedoch nur in geringer Ausbeute. Durch den Austausch zweier Aminosäuren im Streptavidinteil Hybride aus Proteinen gelang es den Chemikern, die ursprüngliche und Metallkomplexen Reaktion mit hoher Ausbeute auf das Dank genetischer Verfahren können heute nahezu Hundertfache zu beschleunigen. Enzyme so modifiziert werden, dass sie sich Zudem erfolgte die Umsetzung – anders als nützliche Werkzeuge in der chemischen als die rein chemisch katalysierte Reaktion Synthese etabliert haben. Dennoch bleibt – mit hoher Selektivität bezüglich der theder Aufbau eines künstlichen Enzyms auf oretisch möglichen Produkte. 10

Enzyme sind den von Chemikern synthetisierten metallorganischen Katalysatoren in mancher Hinsicht überlegen, da sie spezifischer und präziser arbeiten. Die Entwicklung künstlicher Enzyme hat daher grosses Potenzial für Anwendungen in der chemischen Synthese und der synthetischen Biologie. Chemisch betrachtet handelt es sich bei Enzymen um Proteine, Makromoleküle, die aus vielen Aminosäuren bestehen und oft ein Metallion im aktiven Zentrum haben. Bei Katalysatoren, die in der synthetischen Chemie eingesetzt werden, handelt es sich hingegen meist um weniger komplexe chemische Verbindungen. Durch die Kombination von chemisch und genetisch modifizierten Bausteinen konnten die Basler Wissenschaftler ein Enzym generieren, das so in der Natur nicht vorkommt und ein Reaktionsvermögen zeigt, das mit den Einzelkomponenten alleine nicht erzielt werden kann. Quelle: Universität Basel Originalpublikation Todd K. Hyster, Livia Knörr, Thomas R. Ward, and Tomislav Rovis, «Biotinylated Rh(III) Complexes in Engineered Streptavidin for Accelerated Asymmetric C–H Activation», Science 338 (6106), 500–503 (2012).

Kontakt Prof. Dr. Thomas R. Ward Universität Basel Departement Chemie Spitalstrasse 51 CH-4056 Basel Telefon +41 (0)61 267 10 04 thomas.ward@unibas.ch www.unibas.ch 12/2012

Bild: Chem. Comm.

Das gewölbten Molekül über der Universität Bielefeld und dem Teutoburger Wald (Ausschnitt aus einer Montage auf dem Titelbild von Chemical Communications).

Gewölbtes graphenartiges Molekül

Eine Variante der «Wunderfolie» Dietmar Kuck von der Fakultät für Chemie und sein Mitarbeiter Ehsan Ullah Mughal ein Modell ihrer jüngsten Entwicklung. Die Forscher arbeiten an Varianten der «Wunderfolie» Graphen, dem dünnsten und stärksten Material, das je von Menschen hergestellt wurde. Ihnen ist es gelungen, eine neue Graphenverbindung herzustellen, die nicht flach, sondern dreidimensional ist. Das neue Molekül aus Bielefeld hat eine Wölbung, die bisher unbekannte Reaktionen ermöglichen soll.

Graphen nennt man Riesenmoleküle aus Kohlenstoffatomen, die ein flaches und praktisch unendlich grosses Netz aus Sechsecken bilden. Es ist äusserst dünn, weil es nur die Höhe eines Kohlenstoffatoms hat. Von Graphen erwarten sich Forscher weltweit technisch revolutionierende Eigenschaften, weil es extrem zugfest ist und Strom und Wärme sehr gut leitet. 2010 ging für die Grundlagenforschung an Graphen ein Nobelpreis an die zwei Physiker Andre Geim und Konstantin Novoselov von der Universität Manchester. Graphen ist – ebenso wie eine Bienenwabe – flach, weil es ausschliesslich aus 12/2012

Sechsecken besteht. Bauelemente, die mehr oder weniger Ecken haben, würden das Graphen verformen – sodass das Netzwerk wie eine Kuppel oder ein Sattel aus der Fläche heraus gezwungen wird. Wenn man es schafft, ein Graphennetz zu bauen, das neben den sechseckigen Bausteinen auch solche mit fünf oder sieben Ecken enthält, dann erhält man ein Riesenmolekül mit einer oder mehreren Wölbungen. Dieses Wissen haben sich Ehsan Ullah Mughal und Dietmar Kuck zunutze gemacht. Mughal hat verschiedene kleine Kohlenstoff-Bausteine in fünf aufeinander folgenden Stufen miteinander reagieren

lassen, sodass schliesslich ein Graphennetz herauskam, das zum grossen Teil flach ist, aber als Besonderheit eine Wölbung besitzt. «Entscheidend ist dabei, dass es gelungen ist, weltweit zum ersten Mal ein Siebeneck aus Kohlenstoff-Atomen innerhalb eines Graphenmoleküls zu erzeugen», sagt Kuck, der die Experimente von Mughal geleitet hat. Eine unerlässliche «Zutat» des Graphenmoleküls ist ein Baustein, dessen Chemie Kuck und sein Team seit 1984 entwickeln. Dieses Molekül heisst Tribenzotriquinacen und bringt gleich drei Fünfringe auf einmal ein. Mughal hat diesen Baustein mit einem fla11

chen Graphen-Ausschnitt vereinigt, um so insgesamt ein Kohlenstoff-Netz mit der Wölbung herzustellen. Im neuartigen graphenartigen Molekül bilden 58 Kohlenstoffatome insgesamt 15 Sechsecke, 3 Fünfecke und 1 Siebeneck. Weitere Kohlenwasserstoffreste hängen als Reste daran und sorgen für gute Löslichkeit. Kuck sagt, die erfolgreiche Erzeugung des neuen Moleküls zeige Wege zu ähnlichen, noch grösseren Strukturen, die Potenzial für neue Anwendungen in der Technik finden sollten. Solche Materialien könnten künftig zum Beispiel bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigen (LCD) in Flachbildschirmen, Monitoren und Handys genutzt werden. «Die Entwicklung dieser neuartigen Moleküle ist bei uns aber Teil der Grundlagenforschung», sagt Kuck. «Wir erforschen, ob und auf welchen Wegen ein experimenteller Zugang zu diesen neuartigen Materiali-

Bild: Kurt Hermann

CHEMIE

Bildung von gewölbtem Graphen mittels der Scholl-Reaktion

en erreicht werden kann, und veröffentlichen die dazugehörigen Verfahren, so dass aufgrund unserer Ergebnisse weltweit auch andere Forscherinnen und Forscher zur Entwicklung von Technologien der Zukunft beitragen können.» Quelle: Universität Bielefeld

Originalpublikation Ehsan Ullah Mughal and Dietmar Kuck, «Merging tribenzotriquinacene with hexa-peri-hexabenzocoronene: a cycloheptatriene unit generated by Scholl reaction», Chem. Commun., 2012 (48), 8880–8882.

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12/2012

CHEMIE

Moleküle konstruieren und modifizieren mit kovalenter Mechanochemie

Eine neue Art der Chemie: «ziehen statt kochen» Moleküle konstruieren und modifizieren, das ist das Ziel der Chemiker. Wärme, Licht und Elektrizität sind bekannte Energiequellen, um das zu bewerkstelligen. Seit einigen Jahren etablieren Wissenschaftler jedoch eine weitere Methode: mechanische Kräfte. Dieses neue Forschungsgebiet, die sogenannte kovalente Mechanochemie, beschreiben Dominik Marx, Inhaber des Lehrstuhls für Theoretische Chemie der Ruhr-Universität, und Jordi RibasArino (Universität Barcelona), ehemaliger Humboldt-Stipendiat der RUB, in einem umfangreichen Übersichtsartikel in der renommierten Zeitschrift »Chemical Reviews».

Moleküle mit Nanokräften manipulieren Kräfte in der Grössenordnung von «NanoNewton» reichen aus, um chemische Bindungen in Molekülen neu zu arrangieren. «Das sind im wahrsten Sinne des Wortes zwergenhaft winzige Kräfte», erklärt Dominik Marx. «In unserer Erlebenswelt entspricht das ganz grob der Gravitationskraft zwischen zwei Menschen, die in einem Abstand von wenigen Metern voneinander stehen – also unmerklich klein! Aber auf der molekularen Ebene reichen diese Kräfte eben aus, um chemische Strukturen umzubauen.» Mögliche Anwendungen für die kovalente Mechanochemie werden bereits erprobt. «Sie wurde von Rint Sijbesma von der Universität Eindhoven schon eingesetzt, um 12/2012

Bild: J. Ribas-Arino und D. Marx

Vor fünf Jahren gelang es Jeff Moore von der Universität Illinois (Urbana-Champaign) und Kollegen erstmals, mechanische Kräfte einzusetzen, um Moleküle in Lösung kontrolliert zu manipulieren. Aufbauend auf ihren Beiträgen zur mechanischen Manipulation von Molekül-Oberflächenkontakten entwickelten die theoretischen Chemiker der RUB Konzepte und Rechenmethoden, um diese neuartige kovalente Mechanochemie fundamental zu verstehen und am Computer zu simulieren. Die Grundidee ist, dass die externen Kräfte, die im Experiment auf Moleküle wirken, systematisch die Energielandschaft «verbiegen», auf der chemische Reaktionen ablaufen. Die Deformation kann so stark sein, dass sich neue Reaktionswege eröffnen, die mit anderen Energiequellen wie Wärme nicht zur Verfügung stünden.

Die Energielandschaft verändern: Sind die mechanischen Kräfte (F), die auf ein Molekül einwirken, stark genug, kann sich die Topologie der Energielandschaft, auf der die chemischen Reaktionen ablaufen, verändern. Dadurch entstehen neue Reaktionswege und damit andere Reaktionsprodukte (rechts, blau), als wenn das Molekül mit Wärme behandelt worden wäre (links, magenta).

Katalysatoren per Ultraschall von einem Schlafzustand in ihren aktiven Zustand umzuwandeln. Aber das ist eher was für meine Experimentalkollegen», meint Marx, «wir interessieren uns für die zugrundeliegenden Konzepte.»

Moleküle «mit Gewalt» abreissen Die Basis für diese Forschungsrichtung waren Computersimulationen von Experimenten mit atomarer Kraftmikroskopie

(AFM), die Marx und Kollegen vor zehn Jahren publizierten. Bei diesen Simulationen werden einzelne Moleküle, die vorher fest auf einer Oberfläche verankert wurden, durch mechanische Kräfte von der Oberfläche abgerissen – quasi mit Gewalt. «Dabei stellte sich heraus, dass nicht einfach eine wohldefinierte chemische Bindung bricht», sagt Marx. Stattdessen ordnen sich die Atome in sehr komplexer Weise genau an der Kontaktstelle von Molekül und Oberfläche neu an. 13

CHEMIE / NEWS

Die Geschichte der kovalenten Mechanochemie an der RUB Basierend auf diesen Studien entwickelte Dominik Marx kürzlich neue Rechenmethoden zur Simulation der kovalenten Mechanochemie gemeinsam mit den Humboldt-Stipendiaten Jordi Ribas-Arino von der Universität Barcelona und Motoyuki Shiga von der Universität Tokyo. In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Reinhart Koselleck-Projekt für besonders risikobehaftete Forschung baute Marx eine mehrköpfige Mechanochemistry Focus Group an der RUB auf. Um von theoretischen Konzepten zu praktischen Aussagen für konkrete Moleküle zu gelangen, braucht man Computersimulationen als Werkzeug. Die hierfür erforderlichen ab

initio-Simulationsmethoden sind allerdings extrem rechenaufwendig. Für sie ist das BoViLab@RUB, das «Bochumer Virtuelle Labor», unerlässlich, das Marx über viele Jahre zusammen mit Holger Langer an seinem Lehrstuhl aufgebaut hat. «Nun bin ich dabei, mit Kollegen aus der experimentellen Chemie zu sprechen, wie wir gemeinsam in diesem faszinierenden Gebiet weitermachen können», sagt Marx. Quelle: Ruhr-Universität Bochum Originalpublikationen Jordi Ribas-Arino and Dominik Marx, «Covalent Mechanochemistry: Theoretical Concepts and Computational Tools with Applications to Molecular Nanomechanics»,

Chem. Rev. 112 (10), 5412–5487 (2012). B. Halford, «Tugging on Molecules», Chemistry & Engineering News» 90 (40), 55–57 (2012).

Kontakt Prof. Dr. Dominik Marx Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Chemie und Biochemie Universitätsstrasse 150 D-44780 Bochum Telefon +49 (0)234 32 28083 dominik.marx@theochem.rub.de www.theochem.ruhr-uni-bochum.de

www.chemiextra.com «Schweizer Nährwerttabelle» lanciert

Bild: SGE

abgestimmt und enthält Nährstoffangaben von Schweizer Lebensmitteln. Die Publikation richtet sich an Fachleute sowie interessierte Konsumentinnen und Konsumenten. In der «Schweizer Nährwerttabelle» werden nicht nur Daten bereitgestellt, diese werden auch erklärt. Zudem enthält sie weitere Hintergrundinformationen zum ausgewogenen und genussvollen Essen und Trinken.

Die Schweizerische Gesellschaft für Ernährung SGE hat die neue «Schweizer Nährwerttabelle» lanciert. Diese vereinigt die Da14

ten der Nährstoffgehalte von verschiedensten Lebensmitteln. Sie ist speziell auf die Ernährungsgewohnheiten der Schweiz

Geboten werden: • aktualisierte, erweiterte und neue Daten zu Schweizer Lebensmitteln • Angaben zu 33 Nährstoffen von über 700 Lebensmitteln

• neu: Angaben zu Iod • Referenzwerte für die Energie- und Nährstoffzufuhr von Jugendlichen und Erwachsenen • Tabellen zum Vitamin- und Mineralstoffverlust in Lebensmitteln nach Zubereitungsart. Die «Schweizer Nährwerttabelle» kostet CHF 22.00 und kann unter www.sge-ssn.ch/shop, per shop@sge-ssn.ch oder per Telefon +41 (0)58 268 14 14 bestellt werden.

Quelle: SGE 12/2012

NEWS

Bild: Eawag

dis. Wegelins Einsatz und seiner Hartnäckigkeit, so die Medieninformation von Stiftungspräsident und alt Ständerat Carlo Schmid, sei es zu verdanken, dass Sodis heute von verschiedensten Seiten unterstützt werde und immer grössere Kreise für das Projekt gewonnen werden konnten. Heute wird die Sodis-Methode in 28 Ländern von rund 5 Millionen Menschen im Alltag eingesetzt. Martin Wegelin

Martin Wegelin, der bis 2007 über 25 Jahre an der Eawag geforscht hat, wird mit dem Preis der Stiftung Dr. J. E. Brandenberger geehrt. Wegelin erhält die mit CHF 200 000 dotierte Auszeichnung für seine Leistungen in der solaren Wasserdesinfektion, speziell im Projekt So-

An der Eawag wurde nicht nur nachgewiesen, dass und wie das Abtöten von Krankheitserregern mit Hilfe der UV-Strahlung der Sonne funktioniert, sondern auch erforscht, welche Verbreitungskanäle sich für Sodis am besten eignen. Quelle: Eawag

Stefan Georg Guggisberg wird neuer CEO der SNV

Bild: SNV

nen Rücktritt bereits im Mai 2012 bekanntgegeben hat. Homberger führte die SNV Normen-Vereinigung seit 1999. Er wurde an der Mitgliederversammlung 2012 in den SNVVorstand gewählt.

Stefan Georg Guggisberg

Der SNV-Vorstand hat Stefan Georg Guggisberg (43) zum neuen CEO der SNV Schweizerische Normen-Vereinigung ernannt. Er ist der Nachfolger von Hans Peter Homberger, der aus gesundheitlichen Gründen sei12/2012

Guggisberg wird die operative Leitung als verantwortlicher CEO der SNV ab 1. Januar 2013 übernehmen. Er war 2005 bis 2012 als CEO bei der Multanova AG in Uster tätig. Neben mehrjähriger Führungserfahrung bringt er auch eine Ausbildung als Betriebsökonom und einen MBA in Generalmanagement mit. Quelle: SNV Schweizerische Normen-Vereinigung

Spende für Nachwuchsförderung Der 2010 verstorbene Schweizer Unternehmer und Philanthrop Branco Weiss hat die Organisation Society in Science — The Branco Weiss Fellowship testamentarisch mit einer Schenkung in der Höhe von geschätzten 100 Mio. Franken bedacht und somit das Förderprogramm auf Jahrzehnte gesichert. Dieses Programm ist der ETH Zürich angegliedert und unterstützt junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt. Society in Science — The Branco Weiss Fellowship richtet sich an Forscher, die vor Kurzem ihren Doktortitel erhalten haben. Die finanzielle Unterstützung, die während bis zu fünf Jahren gewährt wird, ist weder an ein Herkunftsland noch an bestimmte Institutionen gebunden: Die Kandidaten stammen aus aller Welt und können ihrer Forschung an jedem beliebigen Ort nachgehen. Erwartet werden ein herausragender Leistungsnachweis, ein überzeugendes Projekt an der Schnittstelle von Wissen-

Bild: Rainer Spitzenberger

Grosse Ehre für Sodis-Begründer Martin Wegelin

Branco Weiss

schaft und Gesellschaft sowie die Bereitschaft, über die Grenzen des eigenen Fachgebiets hinauszudenken. Im Jahr 2012 bewarben sich 434 Kandidaten um ein Fellowship, von denen acht aufgenommen wurden. Insgesamt hat Society in Science in den zehn Jahren seit der Gründung 36 Forscher unterstützt; 21 von ihnen sind zurzeit noch aktive Fellows. Bereits sind Forschungscluster erkennbar, denen sich mehrere Fellows zuordnen lassen. Quelle: ETH Zürich

Abwasserreinigung: erste Schweizer Ozonungsanlage Am 2. Oktober 2012 wurde in der Kläranlage Neugut in Dübendorf der Grundstein für die erste Ozonungsanlage in der Schweiz gelegt. Aufgrund der Erkenntnisse aus dem Projekt Micropoll des Bundesamtes für Umwelt (BAFU), an welchem die Eawag intensiv beteiligt war, wurde im April eine Änderung der Gewässerschutzgesetzes in die Vernehmlassung geschickt. Diese sieht vor, dass etwa 100 der 700 Schweizer Kläranlagen mit speziellen Reinigungsverfahren für Mikroverunreinigungen ausgerüstet werden. Die Ozonungsanlage der ARA Neu-

gut wird zusätzlich zu den bisherigen Verfahren auch organische Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser der Gemeinden Dübendorf, Wangen-Brüttisellen, Dietlikon und Wallisellen eliminieren. Die Eawag wird in verschiedenen Forschungsprojekten das neue Verfahren direkt in der Kläranlage analysieren können und so wichtige Erkenntnisse für die Praxis gewinnen können. Beteiligt sind Forscher aus dem Bereich Verfahrenstechnik, der Umweltchemie und der Ökotoxikologie. Quelle: Eawag 15

Bild: Olaf Leillinger/Wikipedia

ETH-Forscher entdeckten, dass Pseudomonas-Bakterien auch Schad insekten wie die Raupen der Kohlmotte (Plutella xylostella) angreifen.

Erbgut enthält Anleitung zum Giftmischen

Schadinsekten mit Bakterien bekämpfen Pseudomonas-Bakterien sind wirksame Gegenspieler von über den Boden übertragbaren Pflanzenkrankheiten. Nach einem Zufallsfund in ihrem Genom untersuchen Forscher am Institut für Integrative Biologie der ETH Zürich eine bisher unbekannte Eigenschaft der Bakterien: die Fähigkeit, Schadinsekten zu töten.

Maja Schaffner Der Mensch kämpft ständig gegen Krankheitserreger und Schädlinge um den Ertrag seiner Felder. Konventionell werden die Schädlinge wie Pilze und Insekten mit verschiedenen Giftstoffen beseitigt, mit resistenten Pflanzen ferngehalten – oder alternativ mit lebenden Organismen bekämpft. Diese sogenannten Biocontrol-Organismen bekämpfen die Schadorganismen aktiv. Sie löschen sie zwar nicht auf einen Schlag aus, halten ihre Zahl jedoch niedrig und damit den Schaden an Nutzpflanzen und Ernte gering. Das ist schonend für Natur, Umwelt und nicht zuletzt für den Menschen. Ein bekanntes Beispiel für Biocontrol-Organismen sind Marienkäferlarven, mit denen Blattläusen ganz ohne Gift der Garaus gemacht werden kann. 16

Aber auch Bakterien haben die Fähigkeit, Schädlinge unter Kontrolle zu halten. Verschiedene Pseudomonas-Stämme werden wegen dieser Eigenschaft seit rund 40 Jahren systematisch erforscht. Ursprünglich entdeckten Forscher die Bakterien in Böden, wo sie Pilze natürlicherweise unterdrücken. Unterdessen ist sehr viel über die Wirkung der Pflanzenwurzeln besiedelnden Pseudomonas-Stämme bekannt. Pseudomonas-Präparate, die gegen Pilzbefall und ausserdem zur Wachstumsförderung von Pflanzen eingesetzt werden können, sind mittlerweile kommerziell erhältlich. Irgendwann, erzählt Beat Ruffner, habe es aber nach jahrzehntelanger Forschung so ausgesehen, als sei das Thema biologische Schädlingsbekämpfung mit Pseudomonas fast erschöpft.

Bakterien enthalten Gene für Insektentoxine Doch alles kam anders. Andere Forscher hatten unterdessen das Erbgut eines nahen Verwandten der Biocontrol-Pseudomonaden entschlüsselt. Und im Erbgut dieses Bakterienstamms entdeckten sie etwas Unerwartetes: Der genetische Code dieser Bakterien enthält Gene für Insektentoxine. Das heisst, die Bakterien besitzen in ihrem Erbgut sozusagen eine Anleitung zum Giftmischen – gezielt gegen Insekten. «Das war eine grosse Überraschung», erzählt Ruffner. Denn bis dahin seien die Pseudomonas-Forscher davon ausgegangen, dass ihre Forschungsobjekte ausschliesslich im Boden und in Pflanzenwurzeln vorkommen und dort als konkurrenzstarke Gegenspieler vor allem von Pilzen 12/2012

LABORAPPARATE

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Beratung

Neben der Aussicht auf eine konkrete Anwendung, hat die Pseudomonas-Forschung durch die insektizide Aktivität neue Impulse erhalten, durch die sich weitere Forschungsfelder eröffnen. So wird die Forschungsgruppe am Institut für Integrative Biologie untersuchen, wie sich die Genzusammensetzung der Biocontrol-Pseudomonaden über die Zeit veränderte. Wie nehmen die Bakterien beispielsweise neue Gene auf? Wie bauen sie diese ein und wie verändern sie diese bei Bedarf wieder? Selbstverständlich sind die neu erworbenen Eigenschaften und Kombinationen der natürlichen Auslese unterworfen. Und im Glücksfall gelingt es den Pseudomonaden, mit neuen Eigenschaften neue Lebensräume und Nischen zu erschliessen.

Originalpublikation Beat Ruffner et al., «Oral insecticidal activity of plant-associated pseudomonads», Environmental Microbiology (2012), Article first published online: 3 Oct 2012, doi:10.1111/j.1462-2920.2012.02884.x

12/2012

Fleischfressende Pflanzen Pseudomonaden sind allgegenwärtig in der Umwelt. Man findet sie im Boden, Wasser sowie in oder auf Pflanzen und Tieren. Pseudomonaden leben oft saprotroph, also von abgestorbenem organischem Material. Man findet sie auch häufig in der Rhizosphäre. Die von Pflanzen beeinflusste Umgebung stellt ein gutes Habitat für Pseudomonaden dar, die gut an die Rhizosphäre angepasst sind. So bewegen sie sich aktiv, sind chemotaxisch und resistent gegen spezielle Abwehrstoffe der Pflanzen. Obwohl einige pflanzenpathogen sind, tragen viele Arten auch zum Schutz der Pflanzen bei, indem sie innerhalb der Rhizosphäre andere Mikroorganismen verdrängen. Quelle: Wikipedia

Kundendienst

Vielversprechende Wirkung Die Behandlung hatte durchschlagenden Erfolg: Die Pseudomonaden dezimierten die Raupen deutlich. Je nach Dosis und Art starben innerhalb von wenigen Tagen bis zu 90 Prozent der Insekten. Klassische Biocontrol-Experimente, mit denen die schädlingsbekämpfende Wirkung genau überprüft und unerwünschte Nebenwirkungen auf andere Organismen oder die Umwelt ausgeschlossen werden müssen, fehlen allerdings noch. Doch Ruffner kann bereits jetzt mit einer positiven Nachricht aufwarten: Hummeln, die in Natur und Landwirtschaft eine wichtige Rolle als Bestäuber spielen, überlebten die unter Laborbedingungen verabreichte Bakteriendiät. «Hummeln bleiben perfekt gesund!», freut sich der Forscher. Es sieht also vielversprechend aus für die Entwicklung eines Biocontrol-Mittels, das Pflanzen besser wachsen lässt, Pilze hemmt und erst noch Insekten umbringt.

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Quelle: ETH Life vom 29. Oktober 2012

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aktiv sind. Nach weiteren Eigenschaften und Nischen hatten die Forscher vorher schlicht nicht gesucht. Die Sequenzen im Genom von Pseudomonaden entfachten die Neugier der Forscher. Unter der Betreuung von Monika Maurhofer widmete Ruffner in der Folge seine ganze Doktorarbeit den neu entdeckten Gift-Genen. Als Erster konnte er schliesslich zeigen, dass zwei bestimmte Biocontrol-Pseudomonas-Stämme (Pseudomonas fluorescens CHA0 und Pseudomonas chlororaphis PLC1391) diese Gene nicht nur im Erbgut enthalten können, sondern mit diesen tatsächlich wirksames Gift gegen Schadinsekten produzieren. Ruffener testete die Gift produzierenden Pseudomonas-Stämme nicht an irgendeinem «Labor-Haustierchen» aus der Klasse der Insekten, sondern konfrontierte drei landwirtschaftlich relevante Schädlinge – alles Schmetterlinge – damit: einen Liebhaber von Baumwolle (Spodoptera littoralis), einen Kohlschädling (Plutella xylostella) und einen gefrässigen Generalisten, die Amerikanische Tabakeule (Heliothis virescens). Den Raupen dieser drei Arten verfütterte der Forscher entweder eine mit Pseudomonas angereicherte Spezialdiät oder Blätter, auf welche die Bakterien gesprüht worden waren.

Die neue EBA 270 ist eine Kleinzentrifuge mit Ausschwingrotor. Sie zentrifugiert gebräuchliche Blutabnahmegefässe und Urinröhrchen bis zu einem Volumen von 15 ml bei max. 4000 min-1. Sie liefert beste Trennergebnisse und eine horizontale Trennschicht wie eine grössere Zentrifuge. So sind die Proben für die Analyse optimal vorbereitet. Drehzahl und Laufzeit sind variabel einstellbar. Eine Impulstaste erlaubt kurzes Anzentrifugieren. Außerdem ist die EBA 270 mit Deckelverriegelung und -zuhaltung, Unwuchtabschaltung, Deckelverschluss aus Metall und Notentriegelung ausgestattet.

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Pflanzenpopulationen von Arabidopsis thaliana werden unterschiedlich stark geschädigt. Von links nach rechts: Population ohne Blattläuse, mit Senfblattlaus, Kohlblattlaus, Blattlausmischung, Senfblattlaus, Pfirsichblattlaus.

Ackerschmalwand wehrt sich gegen Kohl- und Senfblattläuse

Pflanzen passen Abwehr den Schädlingen an Pflanzen der gleichen Art passen sich an die lokal vorherrschenden Schädlinge an und bilden die entsprechenden Abwehrstoffe aus. Die Schädlinge beeinflussen somit die genetische Vielfalt ihrer Wirtspflanzen stark. Dies weisen Ökologen der Universität Zürich in einem mehrere Pflanzengenerationen umfassenden Experiment nach. Die Erkenntnisse könnten dazu genutzt werden, massgeschneidertes Saatgut zu entwickeln, das gegen Schädlinge resistent ist.

Pflanzenfressende Insekten wie Blattläuse beeinträchtigen die einzelne Pflanze in ihrer Entwicklung. Sie sind jedoch wesentlich für die genetische Vielfalt innerhalb der Pflanzenart verantwortlich. Dies konnten die Ökologen Tobias Züst und Lindsay Turnbull von der Universität Zürich zusammen mit Kollegen aus Kalifornien und Grossbritannien anhand der Pflanze Ackerschmalwand nachweisen. Gemäss Züst wird damit die seit vierzig Jahren gehegte Vermutung, dass Schädlinge die Selektion der von ihnen befallenen Pflanzenarten stark beeinflussen, erstmals experimentell bestätigt. Zudem geben Pflanzen die für sie kostspieligen Abwehrmechanismen innerhalb weniger Generationen auf, falls der Befall durch Schädlinge ausbleibt. Die Ackerschmalwand – Arabidopsis thaliana – wehrt sich, wie viele andere Pflanzen auch, mit chemischen Abwehrstoffen gegen 18

Schädlinge. Diese entwickelten im Lauf der Evolution allerdings Toleranzen gegenüber gewissen chemischen Komponenten dieser Stoffe. Je nach Häufigkeit einzelner Schädlingsarten bieten demnach unterschiedliche Abwehrstoffe den optimalen Schutz für die Pflanze. Die Forscher untersuchten in einem ersten Schritt die Verbreitung unterschiedlicher chemischer Abwehrstoffe in natürlichen Populationen von Arabidopsis thaliana innerhalb Europas und verglichen diese mit der räumlichen Verbreitung zweier wichtiger Schädlinge, der Kohl- und der Senfblattlaus. Die Wissenschaftler weisen nach, dass sich die Abwehrstoffe von Arabidopsis thaliana in Südwesteuropa chemisch von jenen in Nordosteuropa unterscheiden. Dieses Muster korreliert direkt mit der unterschiedlichen Zusammensetzung der Blattlauspopulationen in den beiden geografischen 12/2012

Räumen. In einem zweiten Schritt untersuchten die Forscher experimentell, ob die Schädlinge tatsächlich die Selektion für die unterschiedliche chemotypische Ausprägung der Abwehrstoffe vorantreiben. Zu diesem Zweck setzten sie Arabidopsis thaliana unter streng kontrollierten Bedingungen jeweils den für Nordost- bzw. Südwesteuropa typischen Populationen von Kohl- bzw. Senfblattläusen aus. Bereits nach fünf Pflanzengenerationen stellte sich die in der Natur beobachtete geographische Prädominanz derselben spezifischen Abwehrstoffe gegen die vorherrschende Blattlausart ein. «Pflanzen der gleichen Art können spezifische Abwehrstoffe gegen die lokal dominanten Schädlinge bilden. Wobei der Bildung dieser Stoffe unterschiedliche Gene zugrunde liegen», fasst Züst zusammen. Schädlingspopulationen sind natürlichen Schwankungen unterworfen. «Der ständig wechselnde Selektionsdruck zwingt die Pflanzenart zur genetischen Vielfalt», so Züst weiter. Diese ist die grundlegende Voraussetzung, damit sich Arten an veränderte klimatische Bedingungen, neu auftretende Schädlingsarten oder Krankheiten anpassen können.

Schneller Verlust innerartlicher Genvielfalt Nicht alle Abwehrstoffe von Arabidopsis thaliana sind wirksam gegen Blattläuse, weshalb im Experiment mehrere dieser erfolglosen genetischen Varianten bereits nach fünf Pflanzengenerationen verschwanden. Laut Lindsay Turnbull sind Abwehrmechanismen für die Pflanze kostspielig und gehen oft zulasten des Wachstums: «Innerartliche genetische Vielfalt wird nur so lange aufrechterhalten, wie sie der Pflanze einen Nutzen, wie zum Beispiel Schutz vor Schädlingen bringt.» Die innerartliche genetische Vielfalt vieler Pflanzen ist heute durch den vom Men-

Bilder: Universität Zürich

BIOWISSENSCHAFTEN

Pflanzenschalen mit einer identischen Mischung verschiedener Genotypen von Arabidopsis thaliana werden parallel unterschiedlichen Blattläusen ausgesetzt. Jede einzelne Plexiglasbox simuliert eine Pflanzenpopulation mit einer bestimmten Zusammensetzung von Blattläusen.

schen ausgeübten Selektionsdruck vielerorts gefährdet. Nutzpflanzen werden unter Preisgabe der natürlichen Abwehrmechanismen auf schnelles Wachstum und maximalen Ertrag hin selektioniert, womit der Einsatz von Pestiziden unumgänglich wird. Die neu gewonnenen Erkenntnisse könnten in Zukunft dazu genutzt werden, massgeschneidertes Saatgut zu entwickeln, das gegen lokal dominant auftretende Schädlinge resistent ist. Auf diese Weise könnte der Einsatz von Pestiziden stark eingeschränkt werden.

Quelle: Universität Zürich

Originalpublikation Tobias Züst, Christian Heichinger, Ueli Grossniklaus, Richard Harrington, Daniel J. Kliebenstein, Lindsay A. Turnbull, «Natural Enemies Drive Geographic Variation in Plant Defenses», Science 338 (6103), 1–160 (2012). Kontakt PD Dr. Lindsay Turnbull Universität Zürich Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften Winterthurerstrasse 190, CH-8057 Zürich Telefon +41 (0)44 635 61 20 lindsay.turnbull@ieu.uzh.ch, www.uzh.ch

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BIOWISSENSCHAFTEN

Fortpflanzungsmanipulation durch Bakterien

Biologische Trickkiste gegen Pflanzenschädlinge Ein Bakterium und ein Trick: Das ist alles was die Natur braucht, um biologisch ohne Einsatz von Pestiziden die Vermehrung von Insekten zu steuern. Ein Team internationaler Wissenschafter rund um Matthias Horn, Professor für Mikrobiologe an der Universität Wien, haben eine Liste an Faktoren vorgeschlagen, die an dem komplexen Prozess der Fortpflanzungsmanipulation durch Bakterien beteiligt sein könnten.

Wolbachia werden über die Eizellen der Weibchen von einer Generation zur nächsten weitergegeben und sind nicht in den Spermien der Männchen zu finden. Aufgrund dieses maternalen Übertragungswegs ist es für die Überlebensstrategie dieser Bakterien von grösster Bedeutung, eine möglichst grosse Anzahl an (infizierten) Weibchen in einer Insektenpopulation zu erzielen.

Bild: Alexander Wild

Der Trick: zytoplasmatische Inkompatibilität

Die Schlupfwespe Encarsia pergandiella, der natürliche Wirt von Cardinium hertigii, bei der Eiablage in eine Schildlaus.

Insekten haben nahezu jeden Lebensraum erobert und sind die artenreichste Gruppe der Tierwelt. Weniger bekannt ist, dass zwei Drittel der über eine Million Insektenarten mit Bakterien der Gattungen Wolbachia oder Cardinium infiziert sind. Eine beeindruckende Überlebensstrategie macht diese Mikroorganismen so erfolgreich.

Bakterielle Symbionten parasitischer Wespen Das System mit dem sich die Mikrobiologen rund um Matthias Horn vom Department für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien und die Gruppe um die Entomologin Martha S. Hunter von der Universität von Arizona (USA) beschäftigen, ist ein sehr komplexes. «Die stachellose Schlupfwespe Encarsia pergandiella, die kaum einen Millimeter misst und weniger als ein Tausendstel einer Fruchtfliege der Gattung Drosophila wiegt, ist der Wirt des Bakteri20

ums Cardinium hertigii», erklärt Thomas Penz, Doktorand am Department für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien und Erstautor der Studie. «Encarsia Wespen legen ihre Eier in juvenile Stadien von Schildläusen, und ihre Larven entwickeln sich darin», ergänzt Stephan Schmitz-Esser, Postdoc in Horns Gruppe und jetzt wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Veterinärmedizinischen Universität Wien. Parasitierte Schildläuse sterben meist. In der Folge führt dies zu einer erheblichen Reduktion der Schildläuse, die als weitverbreitete Pflanzenschädlinge bekannt sind. Hunter entdeckte im Jahr 2001, dass die Infektion der Encarsia-Wespen mit Cardinium einen Einfluss auf die Fortpflanzung der Insekten hat. Paart man uninfizierte Insek tenweibchen mit infizierten Insektenmännchen, bleibt der Nachwuchs aus. Ein solcher Effekt wurde zuvor nur bei Bakterien der Gattung Wolbachia beobachtet. Bakterien der Gattungen Cardinium und

Um ihren Fortbestand zu garantieren, greifen die Bakterien der Gattungen Cardinium und Wolbachia in die Trickkiste und bewirken mit einem Vorgang, der als «zytoplasmatische Inkompatibilität» bezeichnet wird, dass sich ausschliesslich infizierte Weibchen fortpflanzen. Die Fortpflanzung von nicht infizierten Insektenweibchen mit infizierten Insektenmännchen würde nicht zu infizierten Nachkommen führen und wird deshalb verhindert. Dabei produzieren die Bakterien Faktoren, die die normale embryonale Entwicklung der Insekten stören. Diese Faktoren und der genaue Mechanismus der zytoplasmatischen Inkompatibilität waren bisher weitgehend unbekannt.

Vergleichende Untersuchung des Erbguts von Cardinium Das Cardinium-Encarsia-Schildlaussystem ist experimentell sehr schwer zugänglich. Wie das Forschungsteam letztendlich erfolgreich war, erklärt Matthias Horn, Professor am Institut für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien, folgendermassen: «Um an Cardinium-Bakterien zu gelangen, werden im Labor Pflanzen gezüchtet, die als Nahrungsquelle der Schildläuse dienen. 12/2012

Diese wiederum sind Lebensgrundlage der winzigen EncarsiaWespen, in denen Cardinium lebt. Es dauerte über ein Jahr, um einige Cardinium-Bakterien zu gewinnen. Mithilfe einer modernen Methode vervielfältigte man das Erbgut der Bakterien künstlich, sodass man genügend Material für die Erbgutentschlüsselung erhielt – ein aufwendiger Prozess, den das Joint Genome Institute (JGI) des U.S.-amerikanischen Energieministeriums (DoE) übernahm.» Durch die Entschlüsselung des Erbguts von Cardinium und den Vergleich mit dem von Wolbachia, gelang es den Wissenschaftern, eine Liste an Faktoren vorzuschlagen, welche an dem komplexen Prozess der zytoplasmatischen Inkompatibilität beteiligt sein könnten. Zudem gewannen die Forscher neue Einblicke in die Evolution von Cardinium. So konnten sie zeigen, dass die Vorfahren von Cardinium innerhalb von Einzellern gelebt haben.

Biologische, pestizidfreie Schädlingsbekämpfung Den Effekt der zytoplasmatischen Inkompatibilität kann man sich in der Schädlingsbekämpfung zu Nutze machen. Überträgt man Wolbachia auf Insekten, an die sie nicht angepasst sind, führt dies zu einer generell verringerten Nachkommenschaft. Auch die Übertragung von Krankheiten wie Malaria oder Denguefieber durch Insekten kann auf diese Weise gehemmt werden. Die Untersuchung von Cardinium und Wolbachia und der der zytoplasmatischen Inkompatibilität zugrunde liegenden Mechanismen eröffnet neue Wege zur biologischen, pestizidfreien Schädlingsinsektenbekämpfung und zur Eindämmung der Übertragungswege von Krankheiten. Diese Methode bietet einen entscheidenden Vorteil: Cardinium und Wolbachia sind schon seit Millionen von Jahren Bestandteil der Natur und ungefährlich für Mensch, Tier und Pflanzen. Bis es so weit ist, wird jedoch noch einige Zeit vergehen. Derzeit arbeitet neben den Autoren dieser Studie eine ganze Reihe internationaler Forschergruppen daran, die Mechanismen der zytoplasmatischen Inkompatibilität besser zu verstehen. Die durch die Untersuchung von Cardinium gewonnenen Ergebnisse sind ein bedeutender Schritt in diese Richtung. Quelle: Universität Wien Originalpublikation Thomas Penz et al., «Comparative Genomics Suggests an Independent Origin of Cytoplasmic Incompatibility in Cardinium hertigii», PLoS Genet 8 (10), e1003012, doi:10.1371/journal.pgen.1003012 Kontakt Univ.-Prof. Dr. Matthias Horn Universität Wien, Department für Mikrobielle Ökologie Althanstrasse 14, A-1090 Wien Telefon +43 (0)1 4277 543 93 horn@microbial-ecology.net, www.univie.ac.at 12/2012

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

Molekularer Blick auf die solare Wasserspaltung

Auf der Jagd nach den Elektronenlöchern

Bild: Artur Braun, Empa

Wasserstoff aus Sonnenlicht ist seit Langem der Heilige Gral der nachhaltigen Energieversorgung. Eisenoxid ist ein vielversprechendes Elektrodenmaterial für die fotoelektrochemische Wasserspaltung – nicht zuletzt, weil es billig, stabil, umweltfreundlich und in grossen Mengen verfügbar ist. Einem internationalen Forscherteam unter Leitung der Empa ist es gelungen, die molekularen Strukturänderungen einer Eisenoxidelektrode während der Wasserspaltung zu beobachten. Damit eröffnet sich die Möglichkeit zur günstigen Wasserstoffproduktion aus Sonnenenergie.

Schemazeichnung einer fotoelektrochemischen Zelle mit einer 30 nm-dünnen Hämatit-Fotoanode (orange), in Kontakt mit Elektrolyt (blau), beleuchtet von sichtbarem Licht und durch eine 100 nm-dünne Membran von der Vakuumumgebung getrennt. Eine solche Zelle wurde in situ mit weichem Röntgenlicht im ALS-Synchrotron in Berkeley, Kalifornien, analysiert.

Hämatit, die mineralische Form von Eisenoxid (oder, banal gesagt, Rost), ist ein vielversprechendes Anodenmaterial für fotoelektrochemische Zellen (PEC), weil sich mit ihm Sonnenlicht in einem breiten Spektralbereich einfangen lässt. Obwohl Hämatit theoretisch bis zu 15 Prozent der Sonnenenergie in Wasserstoff umwandeln könnte, ist die tatsächliche Effizienz deutlich geringer als die anderer Metalloxide. Das liegt an der molekularen Struktur des Hä22

matits, bei der Elektronenlöcher im angeregten Zustand nur für extrem kurze Zeit existieren.

Hilfreiche Löcher im Hämatit Elektronen sind negative Ladungsträger, sie spielen diese Rolle allerdings nicht alleine. Wenn ein Elektron seinen Platz in der Kristallstruktur eines Halbleiters verlässt, hinterlässt es ein Loch, das sich quasi wie ein

positiver Ladungsträger verhalten kann – vorausgesetzt, Elektron und Loch bleiben voneinander getrennt und verbinden sich nicht erneut. In der modernen Halbleiterelektronik sind Löcher wichtige Ladungsträger, ebenso wie in Batterien, Kondensatoren, Brennstoffzellen, Solarzellen und PEC. Sonnenlicht erzeugt in PEC-Elektroden permanent Paare aus Elektronen und Löchern, die an die Oberfläche diffundieren, dort 12/2012

Wasser spalten und Wasserstoff und Sauerstoff erzeugen. Aufgrund der molekularen Struktur von Hämatit geht jedoch ein grosser Teil der Paare verloren, bevor er an der Oberfläche Wasser spalten kann. Daher ist es wichtig, genauere Kenntnisse über den Zustand der Elektronenlöcher an der Oberfläche des Hämatits zu gewinnen. Bereits früher wurde vermutet, dass Hämatit zwei verschiedene Arten von Löchern mit unterschiedlichem Potenzial für Wasserspaltung bildet. Die Existenz der verschiedenen Typen von Löchern mit unterschiedlicher Reaktivität für Wasseroxidation hat weitreichende Auswirkungen auf die fotoelektrische Leistungsfähigkeit von Hämatit. Allerdings ist es schwierig, diese Löcher zu detektieren, unter anderem, weil sie extrem kurzlebig sind.

Nicht alle Löcher sind gleich In ihrer jüngst veröffentlichten Studie untersuchten die Empa-Wissenschaftler Artur Braun und Debajeet Bora sowie ihre Kollegen von der EPF Lausanne, der Universität Basel, aus China und den Vereinigten Staaten die fotoelektrisch generierten Löcher in einer speziell konstruierten fotoelektrochemischen Zelle während des Betriebs. Die Forscher zeichneten Absorptionsspektren von weichem Röntgenlicht auf, während die Zelle unter simuliertem Sonnenlicht oder im Dunkeln in Betrieb war und identifizierten zwei neue Spektralsignaturen, die von zwei unterschiedlichen Lochübergängen stammen. Laut Braun ist dies das erste Mal, dass die Elektronenstruktur einer PEC-Fotoanode während einer Wasserspaltung analysiert wurde. «Die Vorbereitung für dieses äusserst komplizierte Experiment hat drei Jahre in Anspruch genommen», sagt Braun. «Schliesslich funktioniert Röntgenspektroskopie nur im Ultrahochvakuum – Fotoelektrochemie hingegen funktioniert nur in Flüssigkeiten. Eine Kombination von beidem war allein aus technischer Sicht eine grosse Leistung. Dennoch würde ich sagen, dass wir grosses Glück hatten, die beiden Elektronenlöcher in einer funktionierenden PEC zu entdecken.» Das Experiment des Teams bewies die Bildung zweier verschiedener Typen von Elektronenlöchern an der Berührungsfläche von Halbleiter und Flüssigkeit – unter genau 12/2012

den Bedingungen, unter denen der Fotostrom entsteht. Die quantitative Analyse der Spektralsignatur zeigte, dass beide Typen, im Unterschied zu früheren Spekulationen, zu dem entstehenden Fotostrom beitragen. «Das ist ein Meilenstein beim Verständnis der solaren Wasserspaltung und eine ermutigende Neuigkeit für Wissenschaftler weltweit, die daran arbeiten, Hämatit für PEC-Fotoanoden zu optimieren», sagt Braun. Quelle: Empa Originalpublikation Artur Braun et al., «Direct Observation of Two Electron Holes in a Hematite Photoanode during Photoelectrochemical Water Splitting», J. Phys. Chem. C 116 (32), 16864–16869 (2012). «Two Electron Holes in Hematite Facilitate Water Splitting», ALS Science Highlight #256, 26 September 2012.

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Hämatit Hämatit, auch Blutstein, Eisenglanz, Specularit, Iserin, Roteisenstein, Roteisenerz oder Rötel genannt, ist ein häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der Oxide (und Hydroxide) mit der Summenformel Fe2O3 und die häufigste natürliche Modifikation des Eisen(III)oxids. Es kristallisiert im trigonalen Kristallsystem und entwickelt verschiedene Kristallformen, aber auch massige, traubige und radialstrahlige graue, schwarze oder rotbraune Aggregate. Hämatit ist normalerweise undurchsichtig und nur in sehr dünnen Blättchen rötlich durchscheinend. Nach einiger Zeit läuft er buntfarbig an und wird durch Verwitterung rot. Quelle: Wikipedia

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Bild: F. Reiser, PSI

Martin Süess und Renato Minamisawa bereiten am Elektronenmikroskop eine Untersuchung der Nanodrähte vor.

30 Nanometer breite Siliciumbrücken

Silicium – fast zum Zerreissen verspannt Zieht man ein Stück Silicium auseinander, erzeugt man in dessen Inneren eine mechanische Spannung, die die elektronischen Eigenschaften des Materials deutlich verbessert. Mit verspanntem Silicium lassen sich zum Beispiel schnellere und leistungsfähigere Mikroprozessoren bauen. Forscher des Paul Scherrer Instituts und der ETH Zürich haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie in einer Siliciumschicht 30 Nanometer dünne, verspannte Drähte erzeugen können. Deren Spannung ist die höchste, die bislang in einem Material beobachtet worden ist, das als Grundlage für Elektronikbauteile dienen kann.

Paul Piwnicki Die Möglichkeiten, Mikroprozessoren auf Siliciumbasis leistungsfähiger zu machen, indem man deren einzelne Bauteile immer kleiner macht, stossen allmählich an ihre Grenzen. Es gibt aber einen anderen vielversprechenden Weg, der zum Teil schon von der Industrie genutzt wird: Wenn man Silicium ausdehnt oder auch komprimiert, entsteht eine mechanische Spannung, die die elektronischen Eigenschaften des Materials verbessern kann. Zum Beispiel erhöht eine Zugsverspannung, wenn sie in die richtige Richtung wirkt, die Beweglichkeit der Elektronen, sodass Transistoren aus 24

so verspanntem Silicium als Schalter deutlich schneller sind. «Es ist an sich keine Kunst, einen Draht zu verspannen – man könnte einfach an beiden Enden kräftig ziehen», erklärt Hans Sigg vom Labor für Mikro- und Nanotechnologie am Paul Scherrer Institut «Das Problem ist, dass man einen solchen Draht in dem verspannten Zustand in ein elektronisches Bauteil einbauen muss.» Forscher am Paul Scherrer Institut haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie Siliciumdrähte erzeugen können, die fest mit dem umgebenden Material verbunden sind und eine Spannung aufweisen, die mehr als doppelt so gross ist wie die, die in heu-

te verfügbaren Bauteilen genutzt wird. Als Ausgangsmaterial haben sie industriell hergestellte Substrate mit leicht verspannter Siliciumschicht auf einer Siliciumoxidunterlage benützt. «Das war uns sehr wichtig, denn damit zeigen wir, dass unser Verfahren verträglich ist mit den in den ChipFabriken gebräuchlichen Materialien und Herstellungsverfahren», sagt Sigg. «Das Material kann man sich so vorstellen, dass das Silicium in alle Richtungen auseinandergezogen worden ist, bevor man es auf der Oxidunterlage befestigt hat», erklärt Renato Minamisawa vom Paul Scherrer Institut, der die Experimente zusammen mit Martin Süess von der ETH Zürich durchge12/2012

Bild: R. Minamisawa, PSI

Eine Rohrkennzeichnung ist nur so gut wie der, der sie plant. Prinzip des Verfahrens, mit dem man eine hohe mechanische Spannung im Silicium erreicht. Anfangs wirken – durch die Spannung in der Siliciumschicht – Kräfte in alle Richtungen. Ätzt man aus der Schicht einen dünnen Draht heraus, wirken die Kräfte entlang des dünnen Drahts, sodass darin eine hohe Spannung entsteht.

führt hat. Die Unterlage hält das Silicium so stark fest, dass es sich nicht mehr zusammenziehen kann. Nun ätzt man geschickt gewählte Teile der Siliciumschicht und dann deren Unterlage mit entsprechenden Ätzmitteln weg, sodass schliesslich aus der Siliciumschicht ein dünner Draht entsteht, 30 Nanometer breit und 15 Nanometer dick, der nur an seinen beiden Enden mit dem Rest des Materials verbunden ist. Das Verfahren ist ein Beispiel für die Möglichkeiten moderner Nanotechnologie. So lassen sich in einer Siliciumschicht Tausende solcher Drähte mit genau vorgegebenem Spannungszustand fehlerfrei herstellen. Das Verfahren ist also sehr zuverlässig. «Und es ist skalierbar, das heisst, man kann die Teile mit diesem Verfahren im Prinzip beliebig klein machen», betont Sigg.

Schnelle Transistoren dank extremer Verspannung «Da sich jetzt die ganze Kraft, die sich vor dem Ätzen über einen grösseren Bereich verteilt hat, auf den Draht konzentriert, entsteht darin eine sehr starke Spannung», so Minamisawa, «die stärkste Spannung, die man im Silicium je erzeugt hat, vermutlich fast die stärkste, die möglich ist, bevor das Material bricht.» Um die Spannungsverteilung im Detail zu bestimmen, wurden ramanspektroskopische Messungen und Computersimulationen im Labor für Nanometallurgie unter Ralph Spolenak an der ETH ausgeführt. In Zukunft sollen die Drähte ebenfalls an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz des Paul 12/2012

Scherrer Instituts untersucht werden. Vor allem wird man aber messen wollen, wie stark sich die elektrischen Eigenschaften des Materials verbessert haben. Das endgültige Ziel wäre, diese SiliciumNanodrähte als schnelle Transistoren innerhalb von Mikroprozessoren zu nutzen. Dafür werden die Forscher mit Kooperationspartnern untersuchen, wie man diese Drähte in eine Transistorstruktur einbetten kann. Dazu muss man sie dotieren, also mit kleinen Mengen von Atomen anderer Elemente versehen, in ein dünnes Oxid «einpacken» und mit metallischen Kontakten versehen. «Aber auch wenn die Drähte am Ende keine Anwendung in der Elektronik finden sollten, könnten unsere Untersuchungen doch zeigen, wo die Grenzen der Siliciumelektronik liegen», erklärt Minamisawa. Quelle: Paul Scherrer Institut Originalpublikation R. A. Minamisawa et al., «Top-down fabricated silicon nanowires under tensile elastic strain up to 4.5 %», Nature Communications 3, Article number: 1096, doi:10.1038/ncomms2102 Kontakt Dr. Hans Sigg Paul Scherrer Institut Labor für Mikro- und Nanotechnologie CH-5232 Villigen PSI Telefon +41 (0)56 310 40 48 hans.sigg@psi.ch www.psi.ch

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Simon Krattinger hofft, die evolutionären Veränderungen von Weizen in Reis und Hirse zu imitieren, um deren Resistenz gegen Krankheiten zu verbessern.

«Grand Challenges Explorations»-Grant für Uni Zürich

Verbesserte Resistenz von Reis und Hirse Die Universität Zürich ist Gewinnerin bei den «Grand Challenges Explorations», einer Initiative der Bill & Melinda Gates Foundation. Der Pflanzenbiologe Simon Krattinger vom Institut für Pflanzenbiologie kann damit sein innovatives Forschungsprojekt durchführen, das die Verbesserung der dauerhaften Resistenz gegen Krankheiten von Reis und Hirse zum Ziel hat.

«Pflanzenkrankheiten sind eine Bedrohung für die globale Ernährungssicherheit. Besonders anfällig für Schäden durch pflanzliche Schädlinge sind Kleinbauern in Entwicklungsländern, weil sie sich Pestizide oft nicht leisten können. Eine preiswerte und umweltfreundliche Art, Pflanzenschädlinge zu kontrollieren, bieten Pflanzensorten mit verbesserter Resistenz gegen Krankheiten», erläutert der Pflanzenbiologe Krattinger. «Entsprechend wichtig ist die Entwicklung von resistentem Saatgut. Unser Ziel ist es, in resistentem Weizen entdeckte Vorgänge in Reis und Hirse zu reproduzieren, sodass Reis- und Hirsesorten entwickelt werden können, die genau so resistent sind wie Weizen», fasst Krattinger sein Projekt zusammen, mit dem er einen Beitrag für die globale Ernährungssicherheit leisten möchte. «Grand Challenges Explorations» (GCE) fördert weltweit Personen, die mit innovativen Ansätzen einige der härtesten und hartnäckigsten Gesundheits- und Entwicklungs26

probleme der Welt angehen. GCE investiert in unkonventionelle und mutige Ideen mit echtem Potenzial, die täglichen Probleme der Menschen in der Dritten Welt zu lösen. Um die Projektfinanzierung zu erhalten, präsentierten Simon Krattinger und die anderen über 80 Gewinner der neunten Runde der «Grand Challenges Explorations» der Bill & Melinda Gates-Stiftung in einer zweiseitigen Online-Bewerbung eine kreative Idee zu einem von fünf kritischen globalen Gesundheits- und Entwicklungsthemengebieten, wie landwirtschaftliche Entwicklung, Impfungen und Kommunikation.

Weizen ist resistent, Reis und Hirse nicht – noch nicht Die Idee von Simon Krattinger ist so unkonventionell wie einleuchtend: Sowohl in Weizen wie auch in Reis und Hirse findet sich das Lr34-Gen. Im Weizen haben im Verlauf der Evolution zwei Sequenzveränderungen

dieses Gens dazu geführt, dass er gegen mehrere verheerende Pilzkrankheiten dauerhaft resistent ist. Da diese beiden Sequenzveränderungen weder in Reis noch in Hirse stattgefunden haben, wollen sie die Forscher nun in diesen beiden Getreidesorten nachahmen, um so Reis und Hirse mit dauerhafter Krankheitsresistenz zu erzeugen. Verläuft das Projekt erfolgreich, wird es das Ziel der zweiten Phase sein, dauerhaft resistente Reis- und Hirsesorten zu entwickeln und damit die Bauern zu beliefern. Der Beitrag für die globale Ernährungssicherheit, den das Projekt leisten kann, lässt sich anhand der Bedeutung der beiden Getreidesorten ermessen: Reis ist einer der weltweit wichtigsten Saaten und ernährt mehr als die Hälfte der globalen Population. Hirse ist relativ tolerant gegenüber Trockenheit und spielt eine entsprechend wichtige Rolle bei der Ernährung der Völker in den trockenen Regionen Afrikas. Quelle: Universität Zürich 12/2012

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Nobelpreisträger Andre Geim in Bern

Mit Klebeband zum Nobelpreis

«Schleifen ist tot, lange lebe das Klebeband!» Mit dieser Aussage fasste der Nobeltreisträger Andre Geim sein Erfolgsrezept bei der Entdeckung von Graphen zusammen. Das zahlreich in der Aula der Universität Bern erschienene Publikum hatte er längst durch seine witzige und verständliche Vortragsweise in den Bann gezogen. Graphen ist ein zweidimensionales Gitter von sechseckig angeordneten Kohlenstoffatomen. Jede Bleistiftmine besteht aus tausenden solcher Schichten. Und tatsächlich war es ein Klebeband, mit dem es Geim und seinem Postdoc Konstantin Novoselov gelungen ist, eine Schicht Graphen von einem Stück Graphit zu lösen. Sie klebten ein Klebeband auf das Graphit und zogen es wieder ab, bis die Kohlenstoffschicht nur noch ein Atom dick war. Dieser verblüffend einfachen Methode war ein langer und erfolgloser Versuch vorausgegangen, ein Stück Graphit so lange zu schleifen, bis es aus nur noch einer Schicht Atome besteht.

Spass mit «Friday Night Experiments» Geims ganze Forschung ist von solch spielerischen Versuchen durchzogen. So begann er seinen Vortrag mit einer ausführlichen und humorvollen Schilderung seiner «Friday Night Experiments», in denen es ihm unter anderem gelungen ist, allerlei Materialien und selbst Frösche in einem Magnetfeld schweben zu lassen. Schliesslich müsse ein schlecht bezahlter Physiker auch mal seinen Spass haben, so Geim augenzwinkernd. Was ist so faszinierend an einer dünnen Schicht von Kohlenstoffatomen? Graphen hat eine Reihe von einzigartigen Eigenschaften. Es ist mit bloss einer Atomschicht nicht nur das dünnste, sondern auch das stärkste und steifste jemals gemessene Material, 12/2012

Bild: Kurt Hermann

Der Nobelpreisträger Andre Geim war Ende Oktober 2012 Gast an den Einstein Lectures der Universität Bern. In drei Vorträgen schilderte er seinen Weg von spassigen «Friday Night Experiments» bis zur Entdeckung des potenziellen Wunderstoffs Graphen.

Nobelpreisträger Andre Geim vor einer Auswahl von verschiedenen möglichen Anwendungen von Graphen.

es hat die beste elektrische Leitfähigkeit bei Zimmertemperatur und es ist absolut undurchlässig für Gase. Bis auf eine Ausnahme. Geim erzählte, wie er verschiedenste Gase in Flaschen gefüllt hatte und Graphen als Deckel verwendete. Die Gase konnten aus der Flasche nicht entweichen, einzig Wasserdampf durchdrang die Graphenschicht, als ob sie nicht vorhanden wäre. Weshalb das so ist, das überliess Geim den Zuhörerinnen und Zuhörern herauszufinden: Er wolle dem Graphen etwas von seinem Zauber lassen und nicht alles verraten.

Ein flexibler Touch-Screen für das Handy Geim ging auch auf mögliche Anwendungen von Graphen ein. Graphen könnte bald für alle Arten von Touchscreens, beispielsweise beim Handy, eingesetzt werden. Gra-

phen ist gut leitend, nahezu transparent und günstig. Deshalb stellt es eine Alternative zum heute gebräuchlichen, aber teuren Indiumzinnoxid (ITO) dar. Ausserdem ist Graphen biegbar – möglich wäre also ein flexibler Touch-Screen. Geim lässt sich von den wirtschaftlichen Erfolgen seiner Entdeckung wenig beeindrucken. Ihn interessiert vor allem die wissenschaftliche Seite von Graphen und das Forschen allgemein. Denn zu entdecken gibt es noch viel. Bleistifte benutzen wir seit Jahrhunderten. Und wenn wir damit schreiben, lösen sich von der Graphitmine auch einatomige Schichten – also Graphen. Es war also längst direkt vor unseren Augen. Trotzdem hat es niemand entdeckt. Das zeige, wie wenig wir über die Welt um uns herum wüssten, schloss Geim seinen Vortrag. Quelle: Universität Bern 27

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Flammschutzmittel für PU-Schäume

Effizienter Flammschutz für Polymere Wissenschaftlern an der EMPA in St. Gallen ist es gelungen, effiziente und weniger toxische Flammschutzmittel für Polyurethan-basierte Materialien zu entwickeln. Mittels systematischer Untersuchungen konnten vielversprechende Leitstrukturen gefunden werden.

Matthias Neisius

Unterschiedliche Wirkmechanismen Eine flammhemmende Wirkung kann in polymeren Materialien grob durch zwei verschiedene Mechanismen erklärt werden (Bild 1). Zum einen kann das Flammschutzmittel während des Brennvorgangs mit der Polymermatrix reagieren und dadurch eine Verkohlungsschicht bilden, die das Polymer von der Flamme trennt und somit die Flamme unterbindet. Zum anderen ist es möglich, dass Flammschutzmittel-Moleküle oder deren Fragmente während des Brennvorgangs in die Gas-

Bilder: Mathias Neisius

Polyurethan-basierte Materialien, vorzugsweise flexible Schäume, gehören zu den am häufigsten verwendeten Polymeren. Sie finden vor allem Anwendung in Matratzen, gepolsterten Möbeln, Teppichunterlagen, Automobilindustrie und Transportwesen. Bedingt durch eine offene Zellstruktur und einen normalerweise hohen Anteil an aliphatischen Bestandteilen sind diese Materialien leicht entzündlich und gut brennbar. Diese Eigenschaften limitieren den Einsatz von Polyurethanen erheblich, da sie damit eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Für viele Anwendungen ist es deshalb zwingend notwendig, sie mit flammhemmenden Additiven auszurüsten, weil strikte Brandschutzauflagen erfüllt werden müssen. In der Vergangenheit kamen dazu diverse Flammschutzmittel wie zum Beispiel anorganische und organische Phosphorverbindungen, stickstoffhaltige sowie halogenierte Verbindungen zum Einsatz. Aufgrund ihrer Effektivität waren bisher vor allem halogenierte organische Phosphorverbin-

dungen, wie beispielsweise Tris-(2-chloroisopropyl)phosphat (TCPP), für derartige Materialien populär. In der jüngsten Vergangenheit sind diese Verbindungen jedoch mehr und mehr in Verruf geraten, da sie zum einen bioakkumulierend sind und zum anderen toxisch bzw. kanzerogen wirken. Deshalb haben Forscher von der EMPA damit begonnen weniger toxische Flammschutzmittel mit mindestens derselben Effektivität zu entwickeln und zu evaluieren.

Bild 1. Schematische Darstellung der verschiedenen Wirkungen von Flammschutzmitteln

O O

P O

R A

A = O, N oder O R = propyl, allyl oder benzyl

Bild 2. Allgemeine Struktur der untersuchten Flammschutzmittel

gehen und dort niederenergetische .phase PO-Radikale bilden, die mit hochenergetischen H.- oder .OH-Radikalen kombinieren («Scavenging») und dadurch den Energiefluss zur Flamme unterbrechen. Für Polyurethan-basierte Polymere sind eher solche Flammschutzmittel geeignet, die in der Gasphase agieren, da eine Reaktion des Flammschutzmittels mit dem Polymer keine Verkohlung zur Folge hat.

Untersuchung organischer Phosphorverbindungen Auf dieser Basis haben Wissenschaftler an der Empa in St. Gallen verschiedene organische Phosphorverbindungen synthetisiert und diese hinsichtlich ihrer flammhemmenden Wirkung bei Polyurethanschäumen getestet. Dabei wurden drei verschiedene Klassen von Phosphorverbindungen getestet, nämlich Phosphate, Phosphonate und Phosporamidate. Innerhalb dieser Klassen wurden ausserdem drei verschiedene Substituenten (Allyl, Propyl und Benzyl) am entsprechenden Heteroatom evaluiert (Bild 2). Bei dieser systematischen Untersuchung waren die Phosphonate und Phosphoramidate den Phosphaten in allen Brandtests bei Weitem überlegen. Es zeigte sich weiterhin, dass ein Allylsubstituent am Heteroatom einen zusätzlichen positiven Effekt bewirkt. So konnte mit einem zehnprozentigen Zusatz von entweder Dimethylallyl12/2012

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Flammschutzmitteln (Dimethylallylphosphonat und Dimethylallylphosphoramidat) die Bildung von niedermolekularen phosphorhaltigen Radikalen wie zum Beispiel PO gegenüber der Bildung anderer Radikale bevorzugt ist. Diese Ergebnisse stimmen mit den in der Literatur angegebenen Annahmen überein, dass niederenergetische Radikale wie PO hochenergetische Radikale abfangen und dadurch den Energiefluss zur Flamme unterbinden. Zukünftig werden weitere Messungen, wie Messungen mit Synchrotronstrahlung, vorgenommen, um detailliertere und bessere Einblicke in den Wirkmechanismus zu bekommen.

O P NH O O

Quelle: Empa St. Gallen

Bild 3. Vergleich von Empa-Flammschutzmittel mit häufig verwendetem, kommerziell erhältlichem Flammschutzmittel.

phosphonat und Dimethylallylphosphoramidat das höchste Rating aller durchgeführten Brandtests erreicht wird. In Benchmark-Tests mit der äquivalenten Menge an kommerziell verwendeten Flammschutzmitteln wie zum Beispiel TCPP konnten derartig gute Ergebnisse nicht erreicht werden. Inspiriert von diesen guten Resultaten versuchten die Wissenschaftler der Abteilung «Advanced Fibers» eine plausible Erklärung

Kinder belohnen statt bestrafen

für dieses Phänomen zu finden. Verschiedenste analytische Methoden wie beispielsweise mikrokalorimetrische Verbrennungsanalysen, thermogravimetrische Analysen sowie Analysen der massenspektrometrischen Fragmentierungen der entsprechenden Verbindungen wurden zur Aufklärung der effizienten flammhemmenden Wirkung eingesetzt. Dabei konnte im Wesentlichen gezeigt werden, dass bei den effizientesten

Kontakt Dr. Matthias Neisius Empa Advanced Fibers Lerchenfeldstrasse 5 CH-9014 St. Gallen Telefon +41 (0)58 765 78 46 Matthias.neisius@empa.ch www.empa.ch

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Das Geschenk Ĩƺƌ ůƚĞƌŶ

12/2012

Originalpublikation Shuyu Liang, Matthias Neisius, Henri Mispreuve, Reinold Naescher, Sabyasachi Gaan, «Flame retardancy and thermal decomposition of flexible polyurethane foams: Structural influence of organophosphorus compounds», Polymer Degradation and Stability 97 (11), 2428–2440 (2012).

Ab jetzt helfen die Kinder stets mit – nicht nur zu Weihnachten

FIRMENREPORTAGE

Sawa Pumpentechnik AG, Degersheim

«Pumpen sind ein beratungsintensives Produkt» Die Sawa Pumpentechnik AG in Degersheim ist ein vor 101 Jahren gegründetes Familienunternehmen, das sich im rauen wirtschaftlichen Umfeld sehr gut behauptet hat. Bereits der Gründer der Firma beschäftigte sich – neben vielem anderem – mit Pumpen, auf die man sich seit gut einem halben Jahrhundert konzentriert. Das Fördern von Flüssigkeiten steht dabei im Vordergrund. Mit der Zentrifugalpumpe LE wird jetzt eine neue Pumpe vorgestellt, die leiser und energieeffizienter ist als ihr Vorgängermodell.

Kurt Hermann Albert Schmidhauser senior gründete im Jahr 1911, also vor 101 Jahren, in Waldkirch eine mechanische Werkstatt, in der er vor allem Revisionen von Käserei- und Landmaschinen durchführte. Pumpen interessierten ihn schon damals. Dies zeigt die Patentanmeldung für eine Drehsschieberpumpe aus dem Jahr 1936.

Unter Fredy Schmidhauser, Geschäftsführer von Sawa seit 1987, definiert sich das Unternehmen als Spezialist im Fördern von Flüssigkeiten. Im Jahr 1998 verlegte Sawa den Geschäftssitz in einen Neubau in Degersheim. Seit bald zwei Jahren sind Fredy Schmidhausers Söhne, der Wirtschaftsfachmann Ives und sein Bruder Kai Schmidhauser, ein Informatiker, als Geschäftsleitungsmitglieder im Unternehmen tätig. Für Kontinuität ist also gesorgt.

Aus eigener Entwicklung und Produktion «Wir sind ein Pumpenhersteller mit Vertretungen. Wir wollen nicht als Händler wahrgenommen werden», hält Kai Schmidhauser fest. Wie sein Bruder steht er vor dem Abschluss des Fernstudiengangs zum Pumpenfachtechniker, der von der TU Graz, der 30

Bilder: Sawa

Albert Schmidhauser junior übernahm den Betrieb 1954. Er entwickelte vor allem Geräte für die Milch- und Lebensmittelindustrie. Beispiele sind Rührwerke oder Käsepressen, aber auch eine selbstansaugende Milchpumpe mit Bügelverschluss, aus der die noch heute produzierte HD-Typenreihe entstand. Im Jahr 1981 wurde die heutige Sawa Pumpentechnik AG gegründet.

Ein Teil der Sawa-Exponate auf der Anuga 2012 in Köln mit der neuen Zentrifugalpumpe LE im Zentrum.

TU Berlin sowie der Universität Erlangen angeboten wird. Der Einsatzbereich der Pumpen kann vereinfacht mit der Förderung von Flüssigkeiten in allen möglichen Industriezweigen umschrieben werden. Besonders zu erwähnen sind die Getränke-, Lebensmittel- und Futtermittelindustrie, die Pharma- und Kosmetikindustrie sowie die chemische Industrie. Das Schwergewicht liegt auf Kreiselpumpen. Produziert werden auch Zahnradpumpen. Charakteristisch für die Sawa-Pumpen ist ihre massive Bauweise. Die wichtigsten Typen sind:

Kai Schmidhauser, unser Gesprächspartner

12/2012

FIRMENREPORTAGE

Die neue Zentrifugalpumpe LE: leise und energieeffizient Wasseraufbereitung und in der Pharmaund Steriltechnik gedacht wurde. Ein erstes Exemplar versieht seit Januar 2011 seine Dienste ein einer Käserei zur Zufriedenheit des Käsers, dem es die grosse Laufruhe der Pumpe besonders angetan hat.

Roger Egger ist Leiter der Technik von Sawa.

Roger Egger steht seit 2001 dem Technikbereich von Sawa vor. Er verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung im Pumpenbau. Die normalsaugende Zentrifugalpumpe LE – LE steht für leise und energieeffizient – ist eine Neuent wicklung. Sie wird in bestimmten Bereichen die bestehende Typenreihe ZA ersetzen. Die Zentrifugalpumpe LE zeichnet sich vor allem durch Verbesserungen im Wirkungsgrad und in der geringen Geräuschent wicklung aus. Egger ist überzeugt: «Besser gehts kaum mehr. Ich wüsste nicht wie.» Konzipiert wurde die LE-Reihe für flüssige Medien allgemein, wobei primär an Anwendungen in der Lebensmittel-, Getränke- und Chemieindustrie, in der Umwelt- und Oberflächentechnik, in der

Hochwertiges Material und beste Verarbeitung Wie alle Sawa-Pumpen ist die LE massiv gebaut. Für die medienberührenden Komponenten wird hochwertiger korrosionsbeständiger Chrom-Nickel-MolybdänStahl 1.4435 (316L) eingesetzt. Die Oberflächenrauigkeit richtet sich nach dem Einsatzgebiet: Ra < 3,2 µm für Industrie/ Chemie, Ra < 1,6 µm Lebensmittel/ Getränke und Ra < 0,8 µm für Pharma/ Sterilanwendungen. Teile, die mit den Fördermedien in Berührung kommen, werden bei Pumpen für den Lebensmittel-, Pharma- und Sterilbereich elektropoliert. Die strömungstechnisch optimierte und grosszügig dimensionierte Spiralgehäusekonstruktion erlaubt hohe Wirkungsgrade – eine fachgerechte und auf die Aufgabe angepasste Installation vorausgesetzt. Die totraumfreie Konstruktion folgt den EHEDG-Empfehlungen.

Ausführungsoptionen Zu den zahlreichen Optionen der LETypenreihe gehören: • Atex für die Zonen 1, 2, 21, 22 • Pharma («Hygienic Design»)

Schnittbild einer Zentrifugalradpumpe LE 190

• Magnetkupplung hermetisch dichte Ausführung für auskristallisierende, toxische, entzündliche und umweltgefährdende Flüssigkeiten • mobile Ausführung mit robustem Fahrgestell • vertikale Aufstellung für einfache Restentleerung • Lagerträgerausführung für Spezialanforderungen • Inducer für NPSHa-Werte < 1 m • Drehzahlregelung.

Spezialanwendungen Die Zentrifugalradpumpen LE eignen sich besonders gut für die Förderung von feststoffbeladenen Medien ohne Verstopfungsgefahr. Abrasive und korrosive Medien bieten keine Probleme, auch schnelle Temperaturwechsel sind dank der robusten Ausführung zulässig.

Eigenschaft

Werte

Maximale Fördermenge

50 m3/h (LE170)/120 m3/h (LE190)/240 m3/h (LE210)

Förderhöhe

bis ca. 80 m

Temperaturbereich

–30 bis +100 °C, maximal 145 °C (SIP, Pumpe nicht angetrieben)

Viskosität

bis ca. 500 mPa.s

Systemdruck

PN16 bis PN100 (Typ LEH)

12/2012

FIRMENREPORTAGE

Bei der Herstellung der Pumpen fällt auch viel Handarbeit an. Das Entgraten (links) ist dabei ebenso wichtig wie das Polieren.

• Selbstansaugende Kreiselpumpe HD für die schonende und leise Produktförderung, beispielsweise von Milch ohne Fettschädigung. HD-Kreiselpumpen bestechen durch ihr Ansaugvermögen von bis zu 7 m. Sie können drehrichtungsunabhängig betrieben werden. • Normalsaugende Zentrifugalpumpen ZA mit offenen oder halboffenen Laufrädern. Damit können feststoffhaltige Medien bis etwa 500 mPa.s ohne Verstopfungsgefahr gefördert werden. • Zentrifugal-Tauchkreiselpumpen ZAT mit offenen Laufrädern fördern sämtliche Flüssigkeiten bis zu einer Viskosität von etwa 500 mPa.s. Sie können bis zu Tauchtiefen um 3 m eingesetzt werden. • Peripheralrad-Kreiselpumpen P-MP sind einstufige, drehrichtungsunabhängige Blockpumpen. Aufgrund ihrer Kennliniencharakteristik eignen sie sich zur pulsationsfreien Förderung kleiner Mengen gegen hohe Drücke. Bei geringen Zulaufhöhen treten keine nennenswerten Kavitationsschäden auf. • Zahnradpumpen ZR zeichnen sich unter anderem durch eine robuste Bauweise aus. Sie eignen sich zum Fördern von dünnflüssigen bis viskosen Medien bis 3000 mPa.s. In der Zusammenfassung fehlt die Neuentwicklung, die normalsaugende Zentrifugalpumpe LE. Darauf wird im Kasten näher eingegangen. Hervorzuheben ist, dass es von den jeweiligen Grundtypen zahlreiche Modifikationen gibt, mit denen Wünsche und Anforderungen von Kunden erfüllt wur32

den. Schmidhauser hält denn auch fest: «Pumpen sind ein beratungsintensives Produkt.» So werden beispielsweise wegen einer falschen Auslegung nicht selten 20 und mehr Prozent an Wirkungsgrad verschenkt.

Handelsprodukte als Ergänzung Noch ein Jahr älter als Sawa ist die Dickow Pumpen KG in D-84478 Waldkraiburg, deren Schweizer Generalvertreter für die Chemienormpumpen Sawa seit über 30 Jahren ist. Exzenterschneckenpumpen, Impellerpumpen sowie Molchsysteme umfasst das Programm der G. A. Kiesel GmbH, D-74078 Heilbronn, für deren Verbreitung in der Schweiz ebenfalls seit 30 Jahren gesorgt wird. Im Jahr 2009 wurde schliesslich die Generalvertretung von Lutz Pumpen GmbH, D-97864 Wertheim, übernommen: Fass-, Container- sowie Doppelmembranpumpen und Durchflusszähler erweitern seither das Angebot des Degersheimer Unternehmens.

Gute Zukunftsaussichten Schmidhauser sagt: «Wir haben uns durch die bewusste Kundenausrichtung gut positioniert. Dazu gehören der Service, die Beratung, aber auch ein grosses Ersatzteillager. Die Lieferfristen bei Standardprodukten sind mit drei bis vier Wochen kurz. Hier zeigt sich unter anderem der Vorteil, ein flexibles KMU zu sein.» Die positive Situation des Unternehmes ist auch daran zu erkennen, dass gegenwärtig

über eine bauliche Erweiterung nachgedacht wird. Dies bestätigt Schmidhauser: «Mit dem Geschäftsgang sind wir sehr zufrieden. Er ist mit demjenigen des letzten und vorletzten Jahrs vergleichbar, die beide gut waren. Den für uns ungünstigen Wechselkurs des Frankens spüren wir wie jedes andere Unternehmen auch, das exportiert. Trotzdem konnte der Exportanteil von etwa 50 Prozent gehalten werden, nicht zuletzt dank eigenen Anstrengungen, das Wechselkursrisiko zu verringern.»

Eine Peripheralrad-Kreiselpumpe P-MP, eine einstufige, drehrichtungsunabhängige Pumpe in Blockbauform.

Kontakt Sawa Pumpentechnik AG Taastrasse 40 CH-9113 Degersheim Telefon +41 (0)71 372 08 08 info@sawa.ch www.sawa.ch 12/2012

VERFAHRENSTECHNIK

Lignocellulose-Bioraffinerie-Pilotanlage

Holz wird gänzlich in seine Bestandteile zerlegt Erdöl wird knapp. Forscher versuchen daher, erdölbasierte Produkte wie Kunststoffe durch solche aus nachwachsenden Rohstoffen zu ersetzen. Als Rohstoff können Holzabfälle dienen, die in Lignin und Zellulose aufgetrennt werden. In einer Pilotanlage soll diese Auftrennung nun in grossem Massstab laufen. Eröffnet wurde sie im Oktober als Teil des Neubaus des Fraunhofer-Zentrums für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CPB in Leuna.

Moritz Leschinsky erklärt Angela Merkel den Lignozelluloseaufschluss.

Heute noch verbrennen wir Erdöl in grossen Mengen in Motoren und Heizung, auch die meisten Kunststoffe basieren auf dem «schwarzen Gold». Doch schon bald wird es mit diesem Überfluss vorbei sein. Industriezweige, die stark vom Erdöl abhängen, suchen daher nach Alternativen. So lässt sich das Erdöl beim Kunststoff beispielsweise durch Kohlenhydrate ersetzen. Das allerdings führt zu moralischen Konflikten – der «Tank oder Teller»-Debatte – da Kohlenhydrate wie Stärke oder Zucker Nahrungsmittel sind. Eine Möglichkeit, Kohlenhydrate zu gewinnen bietet beispielsweise Holz: Es besteht hauptsächlich aus Cellulose und Hemicellulosen, also Kohlenhydraten, und Lignin. Bislang gewinnt man diese Stoffe nur bei der Herstellung von Zellstoff für die Papierproduktion aus dem Holz. Dabei kann man allerdings nur 50 Prozent des Holzes stofflich nutzen, der Rest wird energetisch verwertet, also verbrannt und zu Bioenergie umgewandelt. Zudem ist das Lignin verunreinigt, da das Holz üblicherweise mit Hilfe von Schwefelverbindungen aufgeschlossen wird. Für viele Produkte kommt Lignin somit nicht in Frage – es kann etwa nicht in Prozessen weiterverarbeitet werden, in denen Katalysatoren beteiligt sind. 12/2012

Um nachwachsende Rohstoffe wie Holz auch chemischen Industriezweigen zugänglich zu machen, verfolgen Forscher den Ansatz einer Bioraffinerie: Ähnlich wie in einer erdölbasierten Raffinerie fraktionieren sie die Rohstoffe in ihre Grundbestandteile und führen sie dann der jeweils optimalen Verwendung zu. Forscher des Fraunhofer-Zentrums für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP haben gemeinsam mit zwölf Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen ein Verfahren entwickelt, mit dem sie 80 bis 90 Prozent des Holzes stofflich nutzen können – und das Lignin zudem schwefelfrei gewinnen. «Wir zerlegen das Holz in seine Hauptbestandteile Lignin und Cellulose, indem wir es mit Wasser und Alkohol bei hoher Temperatur und hohem Druck kochen, quasi wie in einem Dampfkochtopf», sagt Moritz Leschinsky, Gruppenleiter am CBP. Das Lignin löst sich in der Flüssigkeit, während die Zellulose fest bleibt. In einem weiteren Schritt gewinnen die Wissenschaftler das Lignin aus der Flüssigkeit. Die Cellulose dient als Rohmaterial für Biokunststoffe: In ihre Grundbestandteile, also Zucker, zerlegt, stellen die Forscher daraus die nötigen Monomere her. Das Lignin wiederum wird beispielsweise als Bindemittel für die Holzindustrie verwendet oder ebenfalls für Biowerkstoffe eingesetzt. «Die Herausforderung liegt vor allem darin, den Prozess wirtschaftlich und ressourcenschonend zu gestalten. Beispielsweise die Kreisläufe für das Ethanol und das Wasser zu schliessen und diese Stoffe wieder zurückzugewinnen», sagt Leschinsky.

Bilder: Fraunhofer IGB

Bio- statt erdölbasierte Raffinerie

In der Pilotanlage in Leuna wird Holz in die einzelnen Bestandteile zerlegt. Hier: Aufgeschlossenes Buchenholz.

In einer Lignocellulose-Bioraffinerie-Pilotanlage, die gemeinsam mit dem Neubau des CBP in Leuna eröffnet wurde, wollen die Forscher ihre Laborergebnisse auch auf grosse Holzmengen übertragen. Die Pilotanlage ist europaweit einzigartig: Bis zu einer Tonne Holz pro Woche kann sie mit organischen Aufschlussmitteln in die einzelnen Bestandteile zerlegen. Im Labor haben die Forscher ihre Entwicklungen für verschiedene Holzarten weitestgehend abgeschlossen, nun wollen sie das Verfahren hochskalieren und energieeffizienter machen. Bis das Verfahren in industriellen Produktionsanlagen zum Einsatz kommt, wird es noch etwa fünf Jahre dauern. Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft Kontakt Dr. Moritz Leschinsky Fraunhofer-Zentrum für ChemischBiotechnologische Prozesse CBP Am Haupttor (Tor 12, Bau 1251) D-06237 Leuna Telefon +49 (0)3461 43 9102 moritz.leschinsky@igb.fraunhofer.de www.cbp.fraunhofer.de 33

MEDIZIN/PHARMA

Prostatakrebs

Traditioneller Naturstoff hemmt Metastasen Bei Arthrose und anderen Leiden ist die Gelbwurzel seit Jahrtausenden als Heilmittel bekannt. Sie enthält mit Curcumin einen Wirkstoff, der Entzündungen hemmt und auch der Bildung von Metastasen vorbeugen kann, wie neue Ergebnisse von Untersuchungen an der Ludwig-Maximilians-Universität in München zeigen.

Bild: Wikpedia

Bachmeiers Team fokussierte sich auf den aus der Gelbwurzel gewonnenen Pflanzenstoff Curcumin. Dieses natürliche Polyphenol ist sehr gut verträglich und wäre potenziell geeignet für den Einsatz sowohl zur primären Tumorprävention, also bevor ein Tumor entsteht, als auch zur sekundären Tumorprävention in einem bereits fortgeschrittenem Tumorstadium: Bachmeier gelang in einer vorangegangenen Arbeit der Nachweis, dass die Substanz bei fortgeschrittenem Brustkrebs die Bildung von Metastasen verhindert. Blüten von Gelbwurz (Xanthorhiza simplicissima)

Krebszellen entschärfen

Prostatakarzinom ist eine der häufigsten Krebsarten in der westlichen Welt, die oft aber erst diagnostiziert wird, wenn sich schon weitere Tumoren in anderen Organen gebildet haben. Drei Prozent der Patienten sterben an diesen Metastasen. Ein Forscherteam um Beatrice Bachmeier vom Institut für Laboratoriumsmedizin, ehemals an der Abteilung für Klinische Chemie und Klinische Biochemie, hat einen Wirkstoff untersucht, der die Bildung von Tochtergeschwulsten hemmt. Er stammt aus der Gelbwurzel, die seit Jahrtausenden als Heilmittel bekannt ist – und in Currys verwendet wird.

In der aktuellen Studie ging es darum die Wirksamkeit von Curcumin zur Prävention von Prostatakarzinom-Metastasen zu testen und den zugrundeliegenden Wirkmechanismus zu entschlüsseln. In einem ersten Schritt untersuchte das Team, welche molekularen Prozesse bei Prostatakrebs auftreten, und welche Stoffe dabei in den Tumorzellen gebildet werden. Bei Tumoren die mit chronisch-latenten Entzündungen assoziiert sind, wie das Prostatakarzinom oder das Mammakarzinom, werden oft bestimmte Immunfaktoren, etwa die Zytokine CXCL1 und CXCL2, gebildet. Den Forschern gelang erstmals der Nachweis, dass Curcumin die Synthese dieser

Proteine gezielt hemmt. Das führt letztlich – wie auch im Mausmodell gezeigt – zur verminderten Bildung von Metastasen. «In den Krebszellen wurden dank der Wirkung des Curcumins weniger Zytokine gebildet, die das Wachstum von Metastasen begünstigen», so Bachmeier. «Als Konsequenz davon war die Entstehung von Tochtergeschwulsten in der Lunge der Tiere sowohl beim Mammakarzinom, wie auch in der aktuellen Studie gezeigt, beim Prostatakarzinom, statistisch signifikant gehemmt.»

Gute Verträglichkeit Bachmeier schliesst daraus, dass sich Curcumin etwa bei Brust- und Prostatakrebs zur Chemoprävention von Tumoren und Metastasen eignen könnte, weil diese Tumorarten oft mit einer chronisch-latenten Entzündung assoziiert sind. «Das bedeutet aber nicht, dass diese Substanz die gängigen Therapiestrategien ersetzen sollte», betont die Wissenschaftlerin. «Vielmehr ist denkbar, Curcumin einzusetzen, bevor ein Tumor diagnostiziert wurde – oder aber um die Bildung und Ausbreitung von Metastasen zu verhindern. Dabei ist uns die gute Verträglichkeit sehr wichtig, weil wir die Einnahme von Curcumin dann auch einer gesunden Bevölkerungsgruppe mit erhöhtem Risiko für Tumoren empfehlen möchten.»

Keto- und Enolform von Curcumin

12/2012

MEDIZIN/PHARMA

Curcumin ist auch in Dosierungen von bis zu acht Gramm pro Tag relativ unbedenklich: Seit Jahrtausenden wird es unter anderem wegen seiner entzündungshemmenden Wirkung bei vielen Leiden eingesetzt. Für eine Behandlung kämen etwa Männer mit benigner Prostatahyperblasie (BPH), die oft im Verlauf zu Prostatakrebs führt, in Frage. Das gilt auch für Frauen mit familiär hohem Brustkrebsrisiko. Denkbar ist zudem ein Einsatz des Wirkstoffs in Begleitung zu bestimmten Krebstherapien. In

allen Fällen aber muss die Substanz vor einer Verwendung kontrollierte klinische Tests durchlaufen, wie sie Bachmeier nun an Patienten mit therapieresistentem Prostatakarzinom plant. Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität Originalpublikation Peter H. Killian et al., «Curcumin Inhibits Prostate Cancer Metastasis in vivo by Targeting

the Inflammatory Cytokines CXCL1 and -2», Carcinogenesis (2012), First published online: October 5, 2012, doi: 10.1093/carcin/bgs312 Kontakt PD Dr. Beatrice Bachmeier Institut für Laboratoriumsmedizin Nussbaumstrasse 20 D-80336 München Telefon +49 (0)89 5160 2543 bachmeier@med.uni-muenchen.de

Nur 171 Neuinfektionen im Jahr 2012

Weltweiter Rückgang von Polio Die Poliomyelitis ist eine akute, übertragbare Infektionskrankheit. Das ausgeschiedene Virusmaterial ist hochinfektiös. Bis zur eigentlichen Diagnose eines Falls sind in der Regel 90 bis 100 Prozent der im engen Kontakt mit dem Patienten lebenden Personen bereits selber infiziert. In Ländern mit tiefem Hygienestandard sind schnell ganze Familien betroffen.

Erstmals beschrieben wurde die Krankheit 1840 als Spinale Kinderlähmung. Die Klassifizierung als endemische Erkrankung folgte 1880. Betroffen waren seither vor allem tausende von Kindern, die daran verstarben oder lebenslang mit den Folgen wie Lähmungen oder Durchblutungsstörungen leben mussten. Das Post-PoliomyelitisSyndrom, welches sich durch starke Müdigkeit, Muskelschmerzen und Muskelschwund oder Atembeschwerden auszeichnet, scheint eher die Regel als die Ausnahme zu sein.

Seit 2002 gilt die Europäische Region gemäss WHO-Definition frei von Poliomyelitis. Eine lückenlose Immunisierung durch Impfen und leistungsfähige Methoden der Überwachung sind auch in der Zukunft angezeigt. In den letzten Jahren ist es, besonders in Ländern Afrikas und Asiens, immer wieder zum Auftreten importierter Poliofälle gekommen.

Bild: Interpharma

Roland Schlumpf

Konsequente Impfungen brachten in den letzten Jahrzehnten

Impfung ist wegweisend Seit der Einführung von weltweiten Impfungen gegen das Virus nahm die Zahl der jährlich neu erkrankten Personen stetig ab. Zwischen 1988 und 2012 konnte ein Rückgang um 99,9 Prozent festgestellt werden. Waren es Ende der 1980er-Jahre noch über 350 000 Fälle pro Jahr weltweit, sind 2012 noch 171 Neuinfektionen gemeldet worden. 12/2012

2012 werden drei Länder einen grossen Erfolg gegen Polioviren. Die Europäische Region weiterhin polio-ende- gilt seit 2002, laut WHO, als poliofrei. misch eingestuft. In Afghanistan, Nigeria und Pakistan bleibt die heutzutage geografisch beschränkt vor. Das Anzahl der Fälle in den letzten Jahren etwa Ziel der WHO ist es, diese Regionen auch gleich hoch, ist aber im Vergleich zu ande- in Zukunft weiterhin mit Immunisierungsren Ländern signifikant erhöht. Indien als programmen inklusive Impfungen und Hyehemals grosses Verbreitungsgebiet ist seit gienemassnahmen auszustatten. dem letzten Jahr erfolgreich von dieser Liste gestrichen. Die Krankheit kommt somit Quelle: Interpharma 35

ERNÄHRUNG

Coffein blockiert Adenosinrezeptoren

Wo Coffein im menschlichen Gehirn wirkt

Coffein

«Coffein ist die weltweit am weitesten verbreitete psychoaktive Substanz», berichtet Andreas Bauer vom Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-2). «Sie unterscheidet sich jedoch von Amphetaminen oder anderen Rauschmitteln dadurch, dass sie auch bei regelmässigem Konsum kein signifikantes Suchtpotenzial entfaltet.» Wo genau die stimulierenden Effekte im Gehirn erzeugt werden, konnten die Jülicher Wissenschaftler mithilfe eines molekularen bildgebenden Verfahrens, der Positronenemissionstomografie (PET), nachweisen. «In Laborexperimenten hatten wir bereits zeigen können, dass Coffein einen Bildgebungsmarker namens 18F-CPFPX verdrängt», berichtet der Mediziner. Diesen Effekt machten sich die Wissenschaftler in ihrem aktuellen Forschungsprojekt zunutze. Sie injizierten den Versuchspersonen zunächst den Marker, dessen Wirkstellen im Gehirn mithilfe der PET-Untersuchung zu erkennen sind. Danach erhielten die Studienteilnehmer verschiedene Coffeinmengen intravenös verabreicht, deren Dosierung gebräuchlichen Mengen zwischen zwei und vier Tassen Kaffee entsprach. Die PET-Aufnahmen zeigten, dass sich der Bildgebungsmarker an einer ganz spezifi 36

schen Andockstelle der Nervenzellen – dem A1-Adenosinrezeptor – ansiedelte. Von dort verdrängt ihn dann auch das Coffein und blockiert so die Rezeptoren. «Interessanterweise reicht bereits die Menge eines durchschnittlichen täglichen Coffeinkonsums, beispielsweise zwei bis drei Tassen Kaffee, um etwa 50 Prozent der Adenosinrezeptoren zu blockieren. Da Adenosin normalerweise die Nervenzellaktivität hemmt, führt die Blockade mit Coffein zu einer Enthemmung, also einer Aktivierung der Nervenzellen», erläutert Andreas Bauer. «Besonders spannend war es zu sehen, dass dies ausgerechnet in den entwicklungsgeschichtlich jüngsten Arealen des Grosshirns geschieht, welche beim Menschen für komplexe kognitive Assoziations- und Bewertungsprozesse zuständig sind.» Die Forscher untersuchen daher momentan in einer grossen Studie zusammen mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Rolle von Adenosinrezeptoren bei Müdigkeit. Coffein könnte ein Prototyp für die Entwicklung von Neuroenhancern sein, die bei Gesunden gezielt zu einer vorübergehenden Steigerung der Gehirnleistung führen. Epidemiologische Studien aus den vergangenen Jahren zeigen ausserdem, dass regelmässiger Coffeinkonsum das Risiko für die Parkinson- und Alzheimer-Krankheit reduziert. Vor diesem Hintergrund kann das Wissen über die Wirkmechanismen des Coffeins ein wichtiger Schritt sein, um Mittel zur Vorbeugung und neuartige Medikamente zur Behandlung dieser Erkrankungen zu entwickeln. «Unsere Studien zeigen bereits, dass das Coffein in genau den Gehirnregionen wirkt,

Bild: MarkSweep (Wikipedia)

Die stimulierende Wirkung von Kaffee oder Tee wird rund um den Globus geschätzt. Doch wo das in diesen Getränken und in Schokolade enthaltene Coffein im menschlichen Gehirn genau wirkt, war bisher unbekannt. Wissenschaftler aus dem Forschungszentrum Jülich konnten erstmals beim Menschen nachweisen, dass die psychoaktive Substanz vor allem in den hochentwickelten Regionen des Grosshirns seine anregende Wirkung entfaltet, der für komplexe kognitive Assoziations- und Bewertungsprozesse zuständig ist, dem sogenannten Assoziationskortex.

Geröstete Kaffebohnen

die auch bei der Alzheimer-Krankheit betroffen sind», erklärt Bauer. In künftigen Forschungsprojekten sollen daher auch die molekularen Mechanismen des schützenden Coffeinkonsums erforscht werden. Quelle: Forschungszentrum Jülich Originalpublikation David Elmenhorst, Philipp T. Meyer, Andreas Matusch, Oliver H. Winz and Andreas Bauer, «Caffeine Occupancy of Human Cerebral A1 Adenosine Receptors: In Vivo Quantification with 18F-CPFPX and PET», J Nucl Med November 1, 2012 jnumed.112.105114 Kontakt Prof. Andreas Bauer Forschungszentrum Jülich Institut für Neurowissenschaften und Medizin D-52425 Jülich Telefon +49 (0)2461 61 4898 an.bauer@fz-juelich.de www.fz-juelich.de 12/2012

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ERNÄHRUNG

Wie Übergewicht vermieden werden kann

Mit eiweissreicher Ernährung gegen Übergewicht

Bild: Bernadette Schilder/pixelio.de

Eine eiweissreiche Ernährung kann helfen, Übergewicht vorzubeugen oder es zu verringern. Doch was passiert im Stoffwechsel? Ein Wissenschaftlerteam des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) um Susanne Klaus hat am Mausmodell gezeigt, dass eine hohe Aufnahme von Eiweiss oder Eiweissbausteinen zu einer erhöhten Wasseraufnahme führt. Diese ist mit einer geringeren Nahrungsaufnahme verbunden und trägt so dazu bei, Übergewicht vorzubeugen. Zudem wirkt eine eiweissreiche Kost der Fettneubildung in der Leber entgegen.

Die Anzahl der Menschen mit Übergewicht nimmt weltweit zu.

Die Anzahl der Menschen, die unter den negativen Folgen des Übergewichts leiden nimmt weltweit zu. Daher arbeiten Wissenschaftler und Mediziner daran, effektive Behandlungsmethoden und Ernährungsstrategien zu entwickeln, die dazu beitragen, diesen negativen Trend zu stoppen. Einige Wissenschaftler setzen dabei auf eine eiweissreiche Kost. In der Tat weisen zahlreiche Untersuchungen darauf hin, dass eine Erhöhung des Eiweissanteils in der Nahrung oder eine erhöhte Aufnahme bestimmter Eiweissbausteine besonders bei der heute üblichen, fettreichen Ernährung 1)

Die durchschnittliche Fettzufuhr liegt laut Nationaler Verzehrsstudie II in Deutschland bei Frauen bei 35 Prozent und bei Männern bei 36 Prozent der Gesamtenergiezufuhr.

helfen können, Übergewicht und einer Leberverfettung vorzubeugen. Welche Mechanismen diesen Effekten zugrunde liegen, ist noch weitgehend unerforscht.

Untersuchung an Mäusen Das Wissenschaftlerteam um Susanne Klaus, Leiterin der DIfE-Arbeitsgruppe Physiologie des Energiestoffwechsels, untersuchte daher die Wirkung von vier fettreichen Futtermischungen auf den Körperfettgehalt und den Fettstoffwechsel von Mäusen. Die Futtermischungen waren entweder mit Eiweiss aus Molke, mit dem Eiweissbaustein Leucin oder mit dem Eiweissbaustein Alanin angereichert. Als Kontrolle verwendeten die Forscher ein fettreiches Futter mit einem normalen Eiweissanteil [3].

Während des gesamten Versuchszeitraums von sieben Tagen registrierten die Forscher die Wasser- und Nahrungsaufnahme der Tiere. Zudem bestimmten sie die Änderungen des Körperfettgehaltes mittels Kernresonanzspektroskopie (NMR) und massen Veränderungen im Fettstoffwechsel. Die Tiere, die das eiweissreiche Futter erhielten, tranken mehr, frassen weniger und nahmen im Vergleich zu den Tieren, die ein Futter mit normalem Eiweissgehalt bekamen, trotz der sehr fettreichen Ernährung nicht zu. Ebenso wiesen sie deutlich niedrigere Cholesterin- und Leberfettwerte auf. Zudem war die Fettneubildung in der Leber gebremst. Bei den Tieren, die mit dem Eiweissbaustein Leucin bzw. Alanin angereichertes Futter erhielten, waren diese günstigen Effekte nicht so stark ausgeprägt. Bei allen 12/2012

ERNĂ&#x201E;HRUNG

Tieren bestand jedoch ein enger Zusammenhang zwischen der KĂśrperfettzunahme, den Leberfettwerten (Triglyceridwerten) und der Gesamtenergieaufnahme. ÂŤBereits fĂźnf Stunden nach der Umstellung auf das eiweissreiche Futter tranken die Tiere umso mehr und frassen umso weniger, je mehr Aminostickstoff sie Ăźber die Eiweisse bzw. Eiweissbausteine im Futter aufnahmenÂť, erklĂ¤rt Klaus-JĂźrgen Petzke, Co-Autor der Studie. Die Forscher vermuten daher, dass die erhĂśhte Wasseraufnahme ursĂ¤chlich fĂźr die sĂ¤ttigende Wirkung des eiweissreichen Futters ist und durch die hohe Stickstoffaufnahme ausgelĂśst wird. Denn der Stickstoff muss mit dem Urin ausgeschieden werden, um eine Vergiftung des KĂśrpers mit Ammoniak zu vermeiden. Ferner beobachteten die Wissenschaftler, dass sich die beiden Eiweissbausteine Leucin und Alanin nicht in ihrer Wirkung unterschieden. Dies spricht nach Angaben der

Forscher dafĂźr, dass die sĂ¤ttigende Wirkung einer eiweissreichen Kost nicht auf eine bestimmte Art Eiweissbaustein zurĂźckzufĂźhren ist, sondern generell auf die erhĂśhte Stickstoffzufuhr. Hinweise auf einen eiweissbedingten hĂśheren Energiebedarf des Stoffwechsels fanden die Wissenschaftler nicht. ÂŤUnsere Ergebnisse tragen dazu bei, die Wirkung von Eiweissen und Eiweissbausteinen auf den lebenden Organismus besser zu verstehen. Eine wichtige Voraussetzung, um neue Methoden zu entwickeln, die Ă&#x153;bergewicht und ernĂ¤hrungsbedingten Stoffwechselerkrankungen vorbeugenÂť, sagt Studienleiterin Klaus. Weitere Langzeitstudien seien aber nĂśtig, um die Ergebnisse zu ergĂ¤nzen und zu bestĂ¤tigen. Quelle: Deutsches Institut fĂźr ErnĂ¤hrungsforschung Potsdam-RehbrĂźcke

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Originalpublikation Anne Freudenberg, Klaus J. Petzke, Susanne Klaus, ÂŤDietary l-leucine and l-alanine supplementation have similar acute effects in the prevention of high-fat diet-induced obesityÂť, Amino Acids, Published online: 31 July 2012, doi:10.1007/s00726-012-1363-2

Kontakt Prof. Dr. Susanne Klaus Deutsches Institut fĂźr ErnĂ¤hrungsforschung Potsdam-RehbrĂźcke (DIfE) Arthur-Scheunert-Allee 114â&#x20AC;&#x201C;116 D-14558 Nuthetal Telefon +49 (0)33200 88 2326 klaus@dife.de www.dife.de

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WERKSTOFFE

Superharte nanostrukturierte Diamanten

Materialforschung bei Höchstdrücken Völlig neue Dimensionen für die Materialwissenschaften eröffnet eine neue, an der Universität Bayreuth entwickelte Forschungstechnik. Erstmals ist es unter normalen Raumtemperaturen im Laboratorium gelungen, statische Drücke von mehr als 6 Millionen Atmosphären (600 Gigapascal) zu erzeugen. Werden Materialien derartigen Drücken ausgesetzt, ändern sie ihre gewohnten chemischen und physikalischen Eigenschaften und entwickeln neuartige Strukturen. Teil des erfolgreichen internationalen Forschungsteams waren auch Natalia Dubrovinskaia und Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth.

Christian Wissler In enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Chicago und der Universität Antwerpen konnte mit dem in Bayreuth konzipierten Verfahren ein Rekord von rund 6,4 Millionen Atmosphären (640 Gigapascal) erzielt werden. Dieser Druck ist sechs Millionen Mal so stark wie der Luftdruck auf der Erdoberfläche und eineinhalb Mal so stark wie der Druck, der im Zentrum der Erde herrscht. Bisher wurden in der Materialforschung höchstens rund 420 Gigapascal erreicht.

«Wenn wir die Eigenschaften, Strukturen und Verhaltensweisen von Materialien unter derart extremen Bedingungen erforschen können, hat das weitreichende Auswirkungen auf zahlreiche Wissenschaftszweige, insbesondere die Geowissenschaften, die Kosmologie, die Chemie und die Physik kondensierter Materie», sagt Leonid Dubrovinsky vom Bayerischen Geoinstitut, einem Forschungszentrum der Universität Bayreuth. «Wir haben beispielsweise ganz neue Chancen, um die Entstehung der Erde zu erforschen oder um herauszufinden, wie sich Eisen unter extremen Drücken verhält.»

Natalia Dubrovinskaia und Leonid Dubrovinsky bei Synchrotron-Experimenten

Eisen ist das Material, das im Erdkern am häufigsten vorkommt.

Der Kern der neuen Forschungstechnik Die neue Forschungstechnik ist eine Weiterentwicklung von Diamantstempelzellen (diamond anvil cells), die in der Materialforschung schon seit Längerem zum Einsatz kommen. Das Prinzip dieser Apparaturen: Die Probe des zu untersuchenden Materials wird zwischen den Flächen zweier Diamanten platziert. Die Diamanten pressen die Materialprobe aus entgegensetzten Richtungen zusammen. Sind die Drücke, die von beiden Seiten auf die Probe einwirken, hoch genug, kann das Material seine inneren Strukturen grundlegend ändern. In diesen herkömmlichen Diamantstempelzellen lassen sich mit relativ hohem technischen Aufwand Drücke bis zu rund 250 Gigapascal generieren. Doch mit einer kleinen, aber entscheidenden Modifikation haben die Bayreuther Wissenschaftler diesen Wert um rund 150 Prozent steigern können. Sie verwenden dafür DiamantEinkristalle mit jeweils etwa 0,25 Karat. Diese Diamanten kommen jetzt aber nicht mehr direkt mit der Materialprobe in Berührung. Vielmehr wird auf jeder der einander gegenüberliegenden Diamantflächen ein halbkugelförmiger nanokristalliner Diamant befestigt, der einen Durchmesser von 20 bis 50 Mikrometern – also von 0,02 bis 0,05 Millimetern – hat. Die winzigen runden Köpfe dieser Diamanten liegen präzise einander gegenüber. Zwischen ihnen wird die Materialprobe platziert. 12/2012

WERKSTOFFE

Bilder: N. Dubrovinskaiah

Diamanten lassen sich aus glasigem Carbon mithilfe einer neuen Hochdrucksynthesetechnik herstellen, und zwar auf relativ kostengünstige Weise. Die neue Forschungstechnik wurde in Kooperation mit der Universität Chicago erprobt, genauer: mit der Advanced Photon Source des Argonne National Laboratory (ANL). Hier haben die Bayreuther Wissenschaftler gemeinsam mit U.S.-amerikanischen Kollegen Experimente auf der Basis von Synchrotronstrahlung durchgeführt, einer äusserst intensiven Lichtstrahlung, die durch eine sogenannte «Beam Line» ausgerichtet und gefiltert wird. Mit einer hochleistungsfähigen Röntgenbeugungstechnik haben sie winzige Materialproben untersucht, die eine Dicke von weniger als 0,001 Millimetern hatten; unter anderem auch Mischungen von Rhenium und Gold.

Schematischer Aufbau der zweistufig aufgebauten Diamantstempelzelle (links unten): Zwischen den Flächen der beiden Diamanteinkristalle sind zwei erheblich kleinere nanokristalline Diamanten fixiert. Zwischen diesen wird die Materialprobe komprimiert. Die Abbildung zeigt das bei einem Druck von 6,4 Millionen Atmosphären entstandene Röntgenbeugungsmuster einer Mischung aus Rhenium und Gold.

Die Pointe dieser Konstruktion liegt darin, dass die Diamantstempelzelle einen zweistufigen Aufbau erhält. Der Druck, der von den gegenüberliegenden Einkristallen ausgeht, konzentriert sich jetzt in den winzigen Köpfen der beiden halbkugelförmigen Diamanten. Weshalb können diese der enormen Drucksteigerung standhalten? Der Grund liegt in ihrem inneren Aufbau. Die Diamanten werden als nanokristallin bezeichnet, weil sie sich aus winzigen Nanopartikeln zusammensetzen. Physikalisch gesprochen: Sie besitzen eine Korngrösse von weniger als 50 Nanometern. Im Vergleich mit den Diamant-Einkristallen, auf denen sie befestigt

werden, verfügen sie deshalb über eine viel höhere Druckfestigkeit. Denn je geringer die Korngrösse eines Diamants ist, desto robuster verhält er sich unter extremen Drücken und Temperaturen.

Auf dem Weg zu neuen Höchstdruckrekorden «Nanokristalline Diamanten könnten sich für die materialwissenschaftliche Hochdruckforschung als Material der Zukunft erweisen», erklärt Natalia Dubrovinskaia, Heisenberg-Professorin für Materialphysik und Technologie bei extremen Bedingungen an der Universität Bayreuth. Diese

Am Ende des in «Nature Communications» veröffentlichten Beitrags zeigt sich das internationale Forschungsteam zuversichtlich, dass sich die in der Materialforschung eingesetzten Drücke mithilfe des neuen Verfahrens erheblich steigern lassen. Drück von 1 Terapascal – also von 10 Millionen Atmosphären – sind aus der Sicht der Autoren kein unrealistisches Ziel. Quelle: Universität Bayreuth Originalpublikation Leonid Dubrovinsky et al., «Implementation of micro-ball nanodiamond anvils for high-pressure studies above 6 Mbar», Nature Communications 3 (2012), Article number: 1163, doi:10.1038/ncomms2160 Kontakt Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia Universität Bayreuth Labor für Kristallographie Universitätstrasse 30 D-95440 Bayreuth Telefon +49 (0)921 55 3880 oder 3881 Natalia.Dubrovinskaia@uni-bayreuth.de

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WERKSTOFFE

Beliebig veränderbare Eigenschaften

Neueartiger Geltyp entdeckt Nach Belieben die Transparenz, die elektrischen Eigenschaften oder die Festigkeit eines Gels verändern: Dies verspricht eine Entdeckung, die Forscher mit der Unterstützung des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) gemacht haben. Das stellt einen wichtigen Fortschritt dar, da Gele häufig im Gesundheitsbereich, in High-TechMaterialien und in der kosmetischen Industrie verwendet werden.

DISCOVER NEW SOLUTIONS FOR LIQUID CHROMATOGRAPHY

Bei einem Gel denkt man vor allem an ausgefallene Frisuren. In Wahrheit aber sind diese Materialien vielerorts anzutreffen: in Kontaktlinsen, Sensoren, verschiedenen Tinten, medizinischen Elektroden und in Brustimplantaten. Für Forscher und Produktehersteller sind sie aufgrund ihrer extremen Saugfähigkeit sowie ihrer Geschmeidigkeit und Haftfestigkeit von Interesse. Da sie aus einem Netzwerk solider Teilchen bestehen, können sie bis zu 99 Prozent Flüssigkeit zurückbehalten, ohne dass sich ihre Form verändert. Wissenschaftlern der ETH Lausanne ist es gelungen, zwei unterschiedliche Gele in einem neuen Material zusammenzuführen, dessen Eigenschaften fast nach Belieben kontrolliert und verändert werden können.

Geissbrunnenweg 14 · CH-4452 Itingen BL Tel. 061 971 83 44 · Fax 061 971 83 45 E-Mail: info@sebio.ch · www.sebio.ch

Wie auf Kommando

Unzählige Möglichkeiten

Ausgangspunkt des neuen Materials war die vom SNF-Förderprofessor Giuseppe Foffi gemachte Entdeckung, dass die Durchsichtigkeit der Augenlinse von der Mischung zweier Proteine mit bestimmten Eigenschaften abhängt. Foffi hat die Resultate seiner Forschung auf Gele im Allgemeinen übertragen und kann nun voraussagen, wie sich zwei Materialien zu einem neuen Geltyp zusammenfügen.

Die Bigele ebnen den Weg für zahlreiche Anwendungen. Die Eigenschaften der neuen Materialien werden durch das Zusammenbringen von Molekülen mit bestimmten elektromagnetischen Eigenschaften beeinflusst, aber auch durch Veränderungen in der Geometrie des Teilchennetzes. «Diese Methoden lassen sich nicht nur bei Gelen, sondern auch bei vielen anderen Materialien anwenden, zum Beispiel bei Schäumen und Tinten», sagt Foffi. Er rechnet damit, dass er bei der Erforschung dieser Stoffe vom Mikro- in den Nanobereich übergehen wird. Zudem möchte er allfällige Trigele und andere Polygele untersuchen.

Ein solches, von den Forschenden «Bigel» genanntes Material, hat die Forschungsgruppe um Erika Eiser in Cambridge hergestellt. Die Forscher haben dafür mittels einer Spezialmethode DNS-Fragmente mit Nanopartikeln zusammengebracht. Je nach Art der Partikel, die mit der DNS verbunden werden, entstehen Gele mit definierten Eigenschaften.

Reversible Eigenschaften Wird die Grösse des mikroskopischen Teilchennetzes des Bigels verändert, so wandeln sich dessen optische Eigenschaften. Die Physiker können dadurch festlegen, auf welches Licht das Gel reagiert, indem es mehr oder weniger undurchsichtig wird – eine interessante Eigenschaft im Bereich der Fotonik, wenn es darum geht, die Übertragung der Lichtsignale gezielt zu verstärken oder abzuschwächen. Dieselbe Art von Formbarkeit ist auch bei elektrischen Eigenschaften vorstellbar. Ein weiterer möglicher Vorteil von Bigelen ist ihre Reversibilität: Es genügt, das Bigel zu erwärmen, um es in seine Komponenten zu zerlegen. Deshalb kann sich Foffi Materialien vorstellen, deren Eigenschaften von der Temperatur abhängen.

Quelle: SNF Originalpublikation Francesco Varrato, Lorenzo Di Michele, Maxim Belushkin, Nicolas Dorsaz, Simon H. Nathan, Erika Eiser, and Giuseppe Foffi, «Arrested demixing opens novel route from gels to bigels», PNAS, published ahead of print November 5, 2012, doi:10.1073/pnas.1214971109

Kontakt Prof. Giuseppe Foffi Ecole polytechnique fédérale de Lausanne Institut de physique théorique Rte de la Sorge CH-1015 Lausanne Telefon +41 (0)21 693 65 64 giuseppe.foffi @epfl.ch www.epfl.ch 12/2012

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Biogas aus welkem Gemüse und matschigem Obst

Kraftstoff aus Grossmarktabfällen Abfälle von Grossmärkten sollen künftig energetisch genutzt werden: Im Verbundprojekt EtaMax haben Fraunhofer-Forscher gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft eine Demonstrationsanlage realisiert, mit der sich welkes Gemüse und matschiges Obst vergären lassen. Das entstehende Biogas wird aufgereinigt und der Methananteil erhöht. Es steht so als Kraftstoff für Autos zur Verfügung. Am 25. Oktober 2012 nahmen die Projektpartner die Anlage auf dem Gelände des EnBW-Heizkraftwerks in Stuttgart-Gaisburg in Betrieb.

Bilder: Fraunhofer IGB

IGB in Stuttgart mit Partnern aus der Wirtschaft den Kraftstoff nicht aus den fossilen Rohstoffreserven der Erde, sondern aus Obst- und Gemüseabfällen vom Stuttgarter Grossmarkt. Werden diese Bioabfälle vergoren, entsteht Biogas, ein Gemisch, das hauptsächlich aus Methan und Kohlenstoffdioxid besteht. Die Pilotanlage haben die Forscher direkt neben dem Stuttgarter Grossmarkt auf dem Gelände des EnBWHeizkraftwerks in Stuttgart-Gaisburg aufgebaut.

Wenig verholzte Abfälle vom Stuttgarter Grossmarkt wie Salat, Obst und Gemüse lassen sich besonders gut vergären.

Lässt der Autofahrer am Zapfhahn Erdgas in den Tank strömen statt Benzin oder Diesel, fährt er günstiger und umweltbewusster. Doch Erdgas gehört ebenso wie Erdöl zu den fossilen Brennstoffen, die Reserven sind begrenzt. Im Verbundprojekt EtaMax gewinnen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik

Dezentrale Energiegewinnung aus Reststoffen Bisher wird Biogas zumeist mittels KraftWärme-Kopplung in einem Blockheizkraftwerk umgesetzt. Hierbei entsteht – neben Strom – auch Wärme, doch diese geht häufig ungenutzt verloren. «Unser Ansatz ist es, aus Abfällen die maximal mögliche Menge an Biogas zu erzeugen und anschliessend als Kraftstoff für mobile Anwendungen aufzubereiten«, erläutert Ursula Schliessmann, Abteilungsleiterin am Fraunhofer IGB. Die

Forscher setzen dabei auf wässrige Bioabfälle mit wenig verholzten Pflanzenteilen. «Diese Abfälle lassen sich optimal vergären, sodass wir einen hohen Wirkungsgrad erzielen», sagt Schliessmann. Die Stadt Stuttgart stellt hierzu Abfälle vom Stuttgarter Grossmarkt bereit. Thomas Hirth, Institutsleiter des Fraunhofer IGB, ergänzt: «Die Sicherstellung der Energieversorgung ist eine der grossen Herausforderungen unserer Zeit. Dabei ist die bedarfsgerechte Bereitstellung erneuerbarer Energien einer der Schlüsselfaktoren für das Gelingen der Energiewende. Das Projekt EtaMax kann hierzu einen kleinen, aber wichtigen Beitrag leisten, denn es ermöglicht die d die derzeit noch nicht energetisch genutzt werden.»

Neue MultisubstratVergärungsanlage Eine Herausforderung im Projekt: Die Abfälle vom Grossmarkt setzen sich jeden Tag anders zusammen, mal ist viel Salat dabei, mal viele Zitrusfrüchte. Zitrusfrüchte bei-

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spielsweise enthalten viel Säure, diese beeinflusst das Säuregleichgewicht oder den pH-Wert. Die Mikroorganismen, die die Bioabfälle zu Biogas umsetzen, benötigen jedoch jeweils konstante Umgebungsbedingungen. Damit das Säuregleichgewicht erhalten bleibt, haben die Fraunhofer-Forscher eine flexible «Multisubstratanlage» entwickelt, in der die Mikroorganismen bis zu 90 Prozent der Abfälle abbauen und in nur wenigen Tagen das gewünschte Biogas produzieren. «Wir lagern den Ausschuss vom Grossmarkt in verschiedenen Vorratsbehältern. Hier werden automatisch einige Parameter des Abfalls bestimmt, etwa der pH-Wert. Ein eigens entwickeltes Managementsystem errechnet, wie viele Liter des Abfalls aus welchen Behältern gemischt und zu den Mikroorganismen gegeben werden«, erläutert Schliessmann. Das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising hat zusammen mit dem Unternehmen Netzsch Pumpen & Systeme GmbH dafür gesorgt, dass die Marktabfälle zuvor energieeffizient für diese Vergärung zerkleinert werden. Ein Prototyp dieser Zerkleinerung ist in der Pilotanlage integriert.

Alles wird verwertet Ein weiteres Ziel im EtaMax-Projekt ist es, Stoffkreisläufe weitgehend zu schliessen. «Es ist uns gelungen, alles zu verwerten – vom Biogas über das flüssige Filtrat, das bei der Vergärung entsteht, bis zum nicht weiter vergärbaren schlammartigen Rest», freut sich Schliessmann. Dabei hilft eine Algenkultur, die von der FairEnergie GmbH in Reutlingen betrieben wird. In dieser Pilotanlage mit Fotobioreaktoren der Subitec GmbH, einem Spin-off des Fraunhofer IGB, wachsen lipidreiche Mikroalgen zu hohen Zelldichten heran. Diese benötigen nur Kohlenstoffdioxid, Sonnenlicht und das Filtratwasser aus der Biogasanlage als Nährmedium, welches genügend Stickstoff und Phosphor enthält. Das Kohlenstoffdioxid, das die Algen zum Wachsen brauchen, erhalten die Forscher ebenfalls aus dem Biogasreaktor in Stuttgart-Gaisburg: Denn das entstehende Biogas setzt sich zu etwa zwei Dritteln aus dem gewünschten Methan, zu etwa 30 Prozent aus Kohlenstoffdioxid zusammen. Da auch Bioabfälle endlich sind, kann die Algenbiomasse, die ebenfalls frei 44

In der EtaMax-Demonstrationsanlage werden Marktabfälle zu Biogas vergoren.

von dem Holzbestandteil Lignin und daher gut vergärbar ist, in der Biogasanlage mit vergoren werden. Alles, was nun noch übrig ist von den Marktabfällen, ist der schlammartige Gärrest. Und auch dieser wird verwertet: Die Kollegen aus dem Schweizer Paul ScherrerInstitut und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) behandeln die Rückstände mit einer katalysatorgestützten hydrothermalen Vergasung bei hohem Druck und hoher Temperatur – und wandeln sie so ebenfalls in Methan um.

Membran-Aufreinigung erzeugt Biomethan Das in der EtaMax-Anlage entstehende Biogas bereiten die Mitarbeiter der EnBW Vertrieb GmbH mit Membranen auf. Hierbei wird Kohlenstoffdioxid entfernt und die Methankonzentration auf 80 bis 95 Volumenprozent erhöht. Dieses aufbereitete Biogas wird anschliessend unter Hochdruck verdichtet und in einer Gastankstelle gespeichert. Dieser Anlagenteil, «Gasaufbereitung und Tankstelle», wurde von der RBS Wave, einer Tochter der EnBW Energie Baden-Württemberg AG, geplant und umgesetzt. Die von der Daimler AG als Versuchsfahrzeug bereitgestellte 156 PS starke Mercedes-Benz B-Klasse Natural Gas Drive kann hier mit dem Biogas betankt werden. Der

B 200 NGD fährt im Erdgasbetrieb etwa 300 Kilometer weit und das mit einem Verbrauch von lediglich 4,2 kg auf 100 km – das entspricht einer CO2-Emission von 115 g pro Kilometer. Wird das Fahrzeug mit nachhaltig erzeugtem Biogas betankt, können die Emissionswerte sogar noch um mehr als 50 Prozent gesenkt werden. In Kooperation mit dem Fraunhofer IGB war die Stulz H+E GmbH zuständig für die technische Umsetzung sowie den Aufbau des Anlagenteils «Gaserzeugung» der Biogasanlage in Stuttgart-Gaisburg. Pro Jahr können in der Demonstrationsanlage 160 Tonnen Rohbioabfälle vergoren werden. Je nachdem, wie sich die Marktabfälle zusammensetzen, werden so pro Tag 20 bis 25 Kubikmeter Biogas erzeugt. Nach der Aufreinigung stehen daraus knapp 15 kg BiogasMethan pro Tag zur Verfügung. Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

Kontakt Dr.-Ing. Ursula Schliessmann Fraunhofer-Institut für Grenzflächenund Bioverfahrenstechnik IGB Nobelstrasse 12 D-70569 Stuttgart Telefon +49 (0)711 970 4222 ursula.schliessmann@igb.fraunhofer.de www.igb.fraunhofer.de 12/2012

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Schwefel hilft

Methanabbau in Meeressedimenten

Bild: Uiversität Wien

Einen wertvollen Beitrag zum besseren Verständnis des Methanabbaus durch Mikroorganismen in den Sedimenten der Ozeane liefern Forscher der Universität Wien gemeinsam mit Forschern des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen. Sie analysierten die durch zwei Mikroorganismengruppen durchgeführte anaerobe Methanoxidation – eine physiologische Win-win-Situation –, und zeigten, dass dabei Schwefel eine wichtige Rolle spielt.

Schwefel hilft, dass das Treibhausgas Methan in Meeressedimenten abgebaut wird.

In sauerstofffreien Meeressedimenten ist der Stoffwechselweg der anaeroben Methanoxidation (AOM) von grosser Bedeutung. Die Reaktion koppelt den Methanabbau an die Sulfatreduktion und verhindert somit, dass grosse Mengen des Treibhausgases Methan über das Wasser in die Atmosphäre gelangen. Ein Konsortium aus zwei unterschiedlichen Gruppen von Mikroorganismen, den methanabbauenden Archaeen und bakteriellen Partnern, gewinnt damit die lebensnotwendige Energie. Lange haben Wissenschafter nach der Rolle der einzelnen Lebenspartner geforscht und versucht, das Zusammenspiel der beiden Gruppen zu verstehen. Insbesondere suchten sie nach dem Zwischenprodukt, das die methanoxidierenden Archaeen an die Bakterien weiterreichen. Dabei wurde bislang davon ausgegangen, dass die Bakterien im Konsortium Sulfat reduzieren, da sie die dafür benötigten Enzyme besitzen. Nun konnte das von Marcel Kuypers (Max12/2012

Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen) geleitete Team überraschenderweise zeigen, dass die Methanabbauer sich nicht nur um das Methan kümmern, sondern auch das Sulfat zu Schwefel umsetzen, welcher dann an die Bakterien weitergegeben wird.

Schwefel durch Sulfatreduktion der Archaeenzellen Einen ersten Hinweis, dass Schwefel das gesuchte Zwischenprodukt sein könnte, ergab die Beobachtung, dass im Labor gezüchtete AOM-Konsortien mehr Sulfat verbrauchten als sie Sulfid – als Endprodukt der Sulfatreduktion – bildeten. Zudem konnte in den Kulturen eine hohe Konzentration an Schwefel nachgewiesen werden. «Durch Raman Mikrospektroskopie – eine spezielle Untersuchungsmethode, die es ermöglicht innerhalb weniger Sekunden einen Überblick über die chemische Zu-

sammensetzung einzelner Zellen in Umweltproben zu erhalten – konnten wir zeigen, dass der Schwefelgehalt in den Zellen der methanabbauenden Archaeen viel höher war als in den Bakterienzellen», erläutert Michael Wagner, Professor für Mikrobielle Ökologie an der Universität Wien. Das völlig unerwartete Ergebnis liess die Mikrobiologen weitere Versuche anstellen, in denen auch das NanoSIMS der Bremer Gruppe zum Einsatz kam. Sie fanden dabei heraus, dass die Geschwindigkeit der Methanoxidation mit dem Schwefelgehalt in den Zellen der Archaeen korreliert. Durch weitere Experimente mit radioaktiv markiertem Sulfat entdeckten sie, dass der Schwefel durch Sulfatreduktion in den Archaeenzellen entsteht.

Energiegewinnung durch Oxidation und Reduktion «Welche Rolle spielen aber die Bakterien, wenn die Archaeen bereits die Sulfatreduktion übernehmen?» Die sulfatreduzierenden Bakterien nehmen den nullwertigen Schwefel, den sie von den Archaeen bekommen, auf und wenden dann einen mikrobiologischen Trick an», erläutert Jana Milucka, die Erstautorin der Studie. «Sie gewinnen ihre Energie dadurch, dass sie einen Teil des Schwefels oxidieren und einen Teil reduzieren.» Bei dieser Reaktion entstehen die reduzierte Schwefelverbindung Sulfid und die oxidierte Verbindung Sulfat. Letzteres kann wiederum von den methanabbauenden Archaeen aufgenommen und genutzt werden. In der Fachsprache heisst diese Reaktion Disproportionierung. Die Bakterien halten dadurch die Konzentration an nullwertigem Schwefel niedrig, was die Arbeit der Ar45

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chaeen erleichtert. Gleichzeitig versorgen sie die Archaeen mit Sulfat, das diese für ihren Stoffwechsel benötigen. Diese physiologische Win-win-Situation für beide Partner ist das Geheimnis dieser AOMKonsortien. Marcel Kuypers, Professor am Max-PlanckInstitut für Marine Mikrobiologie, zusammenfassend: «Bislang hatten wir immer grosse Schwierigkeiten, das Auftreten von elementarem Schwefel in sauerstofffreien Sedimenten zu erklären. Unsere Entdeckun-

gen haben nun nicht nur den Mechanismus der anaeroben Methanoxidation aufgeklärt, sondern lassen den Kohlenstoff- und Schwefelkreislauf in methanhaltigen Sedimenten in einem völlig neuen Licht erscheinen.» Quelle: Universität Wien Originalpublikation Milucka, Jana et al., «Zero-valent sulphur is a key intermediate in marine methane oxidation», Nature, Published online

07 November 2012, doi:10.1038/nature11656

Kontakt Univ.-Prof. Dr. Michael Wagner Universität Wien Departments für mikrobielle Ökologie A-1090 Wien Althanstrasse 14 (UZA I) Telefon +43 (0)1 4277 54390 wagner@microbial-ecology.net www.univie.ac.at

Gasemissionen im Indischen Ozean

Methanaustritte in der Tiefsee Methan im Meeresboden – Energiequelle der Zukunft oder Bedrohung für das Weltklima? Wissenschaft und Gesellschaft diskutieren kontrovers über diese Frage. In einer Fallstudie schätzt ein Team vom Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen (Marum) unter Federführung von Miriam Römer erstmals ab, wie viel Methan in den Tiefen des nordöstlichen Indischen Ozeans austritt. Die Wissenschaftler untersuchten zudem, ob das austretende Treibhausgas Methan durch die Wassersäule aufsteigt und in die Atmosphäre gelangt.

Der Meeresboden im Untersuchungsgebiet vor Pakistan ist teilweise dicht mit Muscheln und Krabben bedeckt.

Methan blubbert in vielen Regionen aus dem Meeresboden: Im Schwarzen Meer, im Golf von Mexiko, im Nordatlantik, aber auch im östlichen Pazifik. Während einer Expedition mit dem deutschen Forschungsschiff Meteor untersuchte ein Marum-Team Methanaustritte am Makran-Kontinental46

rand vor Pakistan. Der 400 bis 500 Kilometer breite untermeerische Hang zieht sich über 1000 Kilometer entlang der iranisch-pakistanischen Küste und besteht zum grossen Teil aus parallelen Bergrücken, die bis zu 1000 Meter hoch aufragen. Er entstand im Lauf von Jahrmillionen, weil dort die Arabische Erdplatte mit einer Geschwindigkeit von bis zu vier Zentimetern pro Jahr unter der Eurasischen Platte abtaucht. Dabei hobelt die Eurasische Platte grosse Mengen Gesteinsmaterial von der abtauchenden Arabischen Platte. Diese «Späne» wurden im Lauf der Zeit durch die Plattenbewegung gestaucht und bilden heute den Makran-Kontinentalrand.

Systematische suche nach Methanquellen «Das untermeerische Rückensystem erstreckt sich über eine Fläche so gross wie Schweden», sagt die Geowissenschaftlerin Miriam Römer. «In seinem Zentrum haben

Mit dem Schiffsecholot ist die in mehr als 1000 Meter Meerestiefe austretende Methanfahne gut zu erkennen. Deutlich wird aber auch, dass sich das Gas in einer Tiefe von mehr als 800 Meter im Meerwasser löst.

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faszinierenden Ökosystems bilden, das ohne Licht als auskommt.» «Unsere Ergebnisse aus der Makran-Region sind auf viele, aber eben nicht alle ozeanischen Methanaustritte übertragbar», betont Römer. So gibt es Hinweise, dass Gasblasen, die mit einem Ölfilm ummantelt sind, Methan aus grossen Wassertiefen bis in die Atmosphäre transportieren können.

Bilder: Marum

Quelle: Marum

Der Greifarm des Marum-Quest (rechts) setzt einen Trichter bzw. den «Bubblemeter» aus, mit dem die austretenden Gasblasen eingefangen und gemessen werden.

wir mit schiffseigenen Echoloten und unserem Tauchroboter Marum-Quest den Meeresboden systematisch in einem langen, 50 Kilometer breiten Streifen erfasst. Dabei fanden wir in Wassertiefen zwischen 575 und 2870 Metern insgesamt 18 Methanquellen; zwölf davon waren aktiv.»

Unterschiedlich stark sprudelnde Quellen In den Echolotdaten erscheinen die Austritte als bis zu 2000 Meter hohe Gasfahnen im Meer. Tauchgänge mit Marum-Quest brachten mehr Licht ins Dunkel der Methanquellen: Mithilfe der auf dem Tauchroboter installierten HD-Kameras fand das Forscherteam heraus, dass die Gasbläschen durchschnittlich etwa einen halben Zentimeter Durchmesser hatten. Besonders bemerkenswert: Die einzelnen Quellen sprudeln unterschiedlich stark; manche geben nur 90 Milliliter, andere bis zu 1,6 Liter Methan pro Minute ins Meerwasser ab. Da der Quelldruck im Lauf der Zeit schwankt, manche Quellen versiegen, andernorts neue entstehen, ist eine Abschätzung der Gesamtmenge des am Makran-Kontinentalrand sprudelnden Methans mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. «Unseren konservativen Berechnungen zufolge treten am Makran-Rücken jährlich umgerechnet etwa 640 000 Kilogramm Methan aus», sagt Römer. Zwar steigen die Methanbläschen mit zehn bis 30 Zentimeter pro Sekunde Richtung 12/2012

Originalpublikation Miriam Römer, Heiko Sahling, Thomas Pape, Gerhard Bohrmann, and Volkhard Spiess, «Quantification of gas bubble emissions from submarine hydrocarbon seeps at the Makran continental margin (offshore Pakistan)», Journal of Geophysical Research, 117, C10015, 19 PP., 2012.

Meeresoberfläche auf. Die Echolot-Messungen belegen aber, dass sich die Gasfahnen oberhalb von 700 Meter Meerestiefe, also weit unter der Meeresoberfläche verflüchtigen: «Das Methan löst sich im Meerwasser auf. Es entweicht also nicht in die Atmosphäre und hat keine Auswirkungen auf das globale Klima» bilanziert Römer, die sich im ! Übrigen beeindruckt EU N zeigt von den Fotos und Videos, die Marum-Quest von den Methanquellen in den Tiefen des Indischen Ozeans lieferte: «An manDer neue Touchscreen-Regler für Unistate®, Unichiller® und chen Stellen war Compatible Control Thermostate überzeugt mit modernsder Tiefseeboden ter Reglertechnik, USB/LAN-Anschlüssen und komfortabler von Unmengen an Menüführung in 11 Sprachen. Muscheln, Krebsen 5,7“ TFT-Touchscreen USB und Ethernet und RöhrenwürGraﬁk mit 480 x 640 Pixeln mern bedeckt. Die11 Sprachen se Tiefseebewohner können nur Peter Huber Kältemaschinenbau GmbH überleben, weil dort Werner-von-Siemens-Str. 1 · 77656 Offenburg Tel.: 0781/9603-0 · Fax: 0781/57211 · www.huber-online.com Methan austritt, das von MikroorganisMarschalkenstrasse 10 · CH-4132 Muttenz men genutzt wird, Telefon +41 (0)61 725 44 44 · Telefax +41 (0)61 725 44 45 die wiederum die info@labo-tech.ch · www.labo-tech.ch Grundlage dieses

Pilot ONE

Einer für alle, alle für einen!

POLITIK UND WIRTSCHAFT

Rotronic AG, Bassersdorf

Mehrumsatz trotz schwierigen Voraussetzungen Bei schwierigen Rahmenbedingungen konnte die Rotronic AG im abgeschlossenen Geschäftsjahr im In- und Auslandsgeschäft Umsatzzuwächse verbuchen. Der Inlandumsatz stieg um 4 Prozent auf 66 Mio. CHF. Dies gab Michael Taraba, CEO des Bassersdorfer Unternehmens, anlässlich des zum 16. Mal durchgeführten etwas besonderen Presseevents bekannt.

Kurt Hermann Seit 1996 verbindet Rotronic ihre jährliche Information über den Geschäftsgang sowie Informationen über neue Produkte jeweils mit einem Anlass besonderer Art. Stichworte sind beispielsweise Curling, Malen mit Sven Spiegelberg oder Pilze suchen und kochen. Die diesjährige Veranstaltung fand im Kanton Schaffhausen in Hallau und Umgebung statt. Das Thema: der oft unterschätzte Schaffhauser Wein.

Schwieriges Umfeld Die weiterhin starke Aufwertung des Schweizer Frankens gegenüber dem Euro beeinträchtigte die Zusammenarbeit mit exportorientierten Schweizer Maschinenbauern ebenso wie das Exportgeschäft mit den selbst produzierten Feuchtigkeitsmessgeräten, da sich die Kunden mit wechselkursbedingten Preiserhöhungen um bis zu 30 Prozent konfrontiert sahen. Insbesondere in preissensiblen Märkten wie zum Beispiel Süd-/Osteuropa und Asien kam es zu Stornierungen von Aufträgen und Umsatzrückgängen. Dank vielen neuen Produkten konnten die ausländischen Vertriebsgesellschaften ihre Umsätze trotzdem deutlich steigern. CEO Michael Taraba kommentierte: «Wir haben ein schwieriges Geschäftsjahr mit ordentlichem Erfolg abgeschlossen, obwohl wir mehr Gegenwind vom Markt als in den letzten 15, 20 Jahren hatten. Wir gehen aber etwas skeptisch und unsicher in die Zukunft, weil im Moment alles etwas schwierig prognostizierbar ist.» Bei Rotronic hat man auf die neuen Herausforderungen reagiert. Taraba erläuterte: «Wir haben die Materialeinkäufe und die Produktionsprozesse optimiert. Wir haben 48

Preiszugeständnisse gemacht. Wir haben versucht, die Einführung neuer Produkte zu beschleunigen. In den letzten paar Monaten wurden so viele neue Produkte eingeführt wie noch nie vorher. Es sind dies vor allem Spezialapplikationen, von denen Rotronic sich für die Zukunft einiges verspricht. Wir wollen diese Pace aufrechterhalten. Wir haben keine Kunden verloren, wir haben keine Märkte wirklich verloren, es ist nur in vielen Bereichen weniger geworden. Wir versuchen, dies durch eine breitere Basis und durch den Ausbau des Produktsortiments wieder zu kompensieren. Das scheint auch einigermassen hinzukommen.»

Alternativen Im Bereich IT-Zubehör wird das wirtschaftliche Umfeld immer schwieriger. Mittelfristig bestehen keine Wachstumsperspektiven. Rotronic hat deshalb in den letzten zwei Jahren ein neues Geschäftsfeld aufgebaut, die Unterhaltungselektronik. Mit einem Umsatz von fast 8 Millionen. CHF konnten hier im letzten Geschäftsjahr alle Erwartungen übertroffen werden. Im Industriebereich brach das Standardgeschäft um 50 Prozent ein. Kompensiert werden konnte dies grösstenteils durch Grossaufträge von Firmen wie Stadler, Ruag oder SBB. In Zukunft will Rotronic im Inland auch LED-Beleuchtungstechnik und Haushaltsgeräte vermarkten und damit zusätzliche Umsatzpotenziale erschliessen. Die Präsenz in Asien wird mit der Gründung einer Tochtergesellschaft in Singapur für den Vertrieb der Mess- und Regeltechnikprodukte verstärkt. Quellen: Referat von Michael Taraba und Pressemeldung von Rotronic

Neue Eigenprodukte Mit dem CarbonPalm11 erweitert Rotronic ihr Sortiment an Eigenproduktenum ein Handmessgerät, das CO2, Feuchte und Temperatur messen, anzeigen und aufzeichnen kann. Diese drei Parameter definieren massgeblich das Raum-Wohlfühl-Klima. Die wichtigsten technischen Details der Neuentwicklung sind: Das Gerät misst CO2, relative Feuchte (rF) und Temperatur. Es ist mit einem bewährten Hygromer IN-1-Feuchtesensor, einer Echtzeituhr, einer manuellen und einer automatischen Datenaufzeichnungsfunktion für bis 18 000 Messwerte sowie einer Min-Max-Mittelwert-Funktion bis maximal 18 Stunden ausgerüstet. Neuer Messumformer Das bestehende Produktportfolio mit Geräten, die Feuchte und Temperatur messen, wurde zudem um den HygroFlex1, einen preiswerten Feuchte-/ Temperatur-Messumformer mit einer Genauigkeit von ± 2,5 Prozent relativer Feuchte und ± 0,3 Kelvin erweitert. Der HygroFlex1 eignet sich für Einsatzgebiete bei denen die geforderte Messgenauigkeit grösser als 2 Prozent relativer Feuchte sein darf. Er ermöglicht Rotronic, in neue preissensitive Märkte vorzudringen (zum Beispiel Indien, China). Die wichtigsten technischen Details: Das Gerät misst relative Feuchte (rF) und Temperatur, verfügt über zwei frei skalierbare analoge Spannungs- oder Stromausgänge. Es stehen verschiedene analoge Signale zur Auswahl.

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AUS- UND WEITERBILDUNG

Besuch in einem Lehrlabor

Chemielaborantenausbildung an der Uni Zürich

Kurt Hermann Rolf Sigrist ist verantwortlich für die Lehrlingsausbildung am Organisch-Chemischen Institut der Universität Zürich. Seine Chemielaborantenlehre hat er an seinem jetzigen Wirkungsort absolviert. Zusammen mit Hansueli Bichsel und Peter Übelhart – beide im Teilpensum – betreut er sechs Laborantenlehrlinge. Sigrist war bis 2007 in der Forschung tätig. Ab 1993 bildete er gleichzeitig auch Chemielaborantenlehrlinge aus. Zudem führte er während zehn Jahren Lehrlinge aus den Kantonen Zürich, Aargau und Thurgau im Rahmen von zweitägigen Kursen in die Geheimnisse der Spektroskopie ein. Das aktuelle Ausbildungskonzept wurde im Jahr 2007 gestartet. Ausgerüstet ist das Lehrlabor mit sechs Arbeitsplätzen sowie den wichtigsten Instrumenten und Apparaturen, die Synthetiker brauchen. Die Ausbildung ist in drei Kurse unterteilt, je einen Kurs pro Lehrjahr: Einführungs-, Synthese- und LAP-Vorbereitungskurs. Die Lehrlinge sind während insgesamt 40 Wo-

chen jeweils während drei Tagen im Lehrlabor und während zwei Tagen in der Schule engagiert. Es handelt sich dabei um das längste derartige Ausbildungsprogramm im Kanton. Schwerpunkte der einzelnen Kurse sind: ■ Einführungskurs. Während 19 Wochen erhalten die Lehrlinge ein Rüstzeug für den Laboralltag. Dazu gehören unter anderem die wichtigsten Operationen im Labor wie Destillationen oder Umkristallisationen, grundlegende Synthesen, Chromatografie sowie spektroskopische Methoden. ■ Synthesekurs. Im Mittelpunkt des zehnwöchigen Kurses stehen anforderungsreichere Synthesen und Aufarbeitungen sowie vertiefte Kenntnisse in der Spektroskopie. ■ LAP-Vorbereitungskurs. Während elf Wochen werden die Lehrlinge intensiv auf die Laborabschlussprüfung vorbereitet. Der LAP-Stoff wird repetieret, mögliche Fehler und Unsicherheiten werden beseitigt. Mit simulierten LAP wird insbesondere auch das Zeitmangement geübt. Eine theoretische Prüfung schliesst diesen Ausbildungsabschnitt ab.

Bilder: Kurt Hermann

Sechs zukünftige Chemielaboranten werden aktuell im Lehrlabor am Organischen-Chemischen Institut (OCI) der Universität Zürich in drei Kursblöcken während insgesamt 40 Wochen verteilt auf drei Jahre intensiv auf ihre zukünftige Berufstätigkeit vorbereitet. In der übrigen Zeit erfolgt ihre dreijährige Ausbildung an den jeweiligen Lehrstellen. Aufgebaut wurde das umfangreiche Lehrangebot von Rolf Sigrist, einst selbst Laborantenlehrling am OCI.

Rolf Sigrist, Lehrlingsverantwortlicher des OCI

Gegenwärtig sind sechs Lehrlinge im Lehrlabor. Zwei haben eine Lehrstelle am OCI, vier werden im Auftrag der Sika AG ausgebildet. Nach Abschluss eines Kursblocks werden sie wieder in ihre Ausbildungsgruppen integriert. Kontakt Rolf Sigrist Telefon +41 (0)44 635 39 65 sigrist@oci.uzh.ch

Rebekka Merki und Lukas Ritzmann, zwei von sechs Lehrlingen im Lehrlabor am OCI der Universität Zürich.

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AUS- UND WEITERBILDUNG / PANORAMA

Ausflug der Auszubildenden der F. Hoffmann-La Roche AG Der jährlich stattfindende berufsspezifische Auszubilden-Ausflug der F. Hoffmann-La Roche AG fand dieses Jahr am 6. November statt. Ein Programmpunkt war eine Betriebsbesichtigung der KNF Neuberger GmbH in Munzingen, Deutschland. Dieses Jahr besuchten 29 Laborantenlernende EFZ Fachrichtung Chemie im zweiten Lehrjahr zusammen mit vier Berufsbildnern der Werkschule und Mitarbeitern der KNF Neuberger AG aus Balterswil das Lieferwerk KNF Neuberger GmbH in Munzingen, Deutschland. Nach einer kurzen, spannenden Firmenpräsentation begann die Betriebsbesichtigung. In drei Gruppen aufgeteilt, konnten die angehenden Chemie-Laboranten EFZ sehen, wie Membranpumpen hergestellt werden. Vor allem die Abteilung Laborpumpen stiess auf grosses Interesse, sind das doch die Geräte, welche die jungen Berufsleute bei ihrer täglichen Arbeit benötigen. Für Auszubildende ist es immer wieder interessant, wenn sie einen Blick über den Tellerrand erhalten. In diesem Fall war es der Einblick in einen industriellen Produktionsbetrieb.

Dominik Roth von KNF Neuberger GmbH erklärt.

Die Berufsbildner der F. Hoffmann-La Roche AG und die Mitarbeiter der KNF Neuberger AG stellten mit Befriedigung fest, wie interessiert die jungen Berufsleute an

der Führung teilnahmen und wie sie auch viele Fragen stellten. Text und Bilder: Martina Abdellah

Aus einem Guss? Von einer Hand? Mit derselben Tinte?

Dürer-Forschung mit Mikro-Röntgenfluoreszenz Über Deutschlands berühmtesten Maler und Zeichner Albrecht Dürer denkt man, sei alles bekannt und erzählt. Doch mit moderner Röntgentechnik ist es möglich, die Werke Dürers zerstörungsfrei zu untersuchen und die Geschichte von der ursprünglichen Entwurfszeichnung bis hin zur Ausführung wieder sichtbar zu machen. Seit dem Jahr 2009 beschäftigt sich ein internationales Forscherteam am Germanischen Nationalmuseum (GNM) mit dem Frühwerk Albrecht Dürers (1471–1528). Einige Ergebnisse wurden von Mai bis September 2012 in einer Sonderausstellung vorgestellt. Doch damit sind die Untersuchungen nicht abgeschlossen.

Derzeit erforschen die Kunsthistoriker am germanischen Nationalmuseum (GNM) in Nürnberg zusammen mit Naturwissenschaftlern von der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin rund 50 frühe Handzeichnungen Dürers 50

auf ihre verwendeten Tinten und Wasserzeichen. Modernste Technik wie die MikroRöntgenfluoreszenzanalyse (Mikro-RFA) soll helfen, die Entwicklung von der Entwurfszeichnung bis zur Ausführung nachzuvollziehen.

Thomas Eser vom GNM, sagt: «Viele der Zeichnungen Dürers sind mit Ortsbezeichnungen, Datierungen und Signaturen versehen. Diese Aufschriften werden von der Forschung widersprüchlich beurteilt.» Wissenschaftler fragen sich, ob die Aufschriften 12/2012

PANORAMA

Selbstbildnis mit Landschaft (Madrider Selbstbildnis), Öl auf Holz (1498), Museo Nacional del Prado, Madrid

zur selben Zeit wie die Zeichnungen entstanden oder ob sie später von Dürer oder vielleicht noch später von einer anderen Person nachgetragen wurden.

Eine zerstörungsfreie Untersuchungsmethode

Bilder: Wikipedia

Antworten suchen die Mitarbeiter der BAM mit einer zerstörungsfreien Untersuchungsmethode. Der Fachbereich von Oliver Hahn hat ein mobiles Labor weiterentwickelt, mit dem die Natur- und Geisteswissenschaftler von Objekt zu Objekt reisen können. Nützlich und notwendig zugleich, denn die meisten der Kunstwerke Dürers sind zu wertvoll,

Dürers Monogramm (1498)

12/2012

um sie ins Berliner Labor transportieren zu können. «Eine einzelne Messung mit der Mikro-RFA dauert etwa 30 Sekunden», sagt Hahn. Dabei werden die Zeichnungen an einer winzig kleinen Stelle mit einem Durchmesser von 50 Mikrometern mit Röntgenstrahlen beschossen. Die Strahlen wandern durch das Material und regen die Probe zu einer Eigenstrahlung an. Die daraufhin wieder austretende Röntgenfluoreszenzstrahlung kann gemessen werden. Die Technik verändert die Probe nicht, gibt aber Informationen über ihre Entstehung preis. So konnten die Forscher bereits feststellen, dass Dürer mit Tinte vorzeichnete, was ungewöhnlich ist, denn Tinte lässt sich nur schwer wieder wegwischen. «Das zeugt vom Selbstvertrauen Dürers, der immer schon genau wusste, was er wollte. Korrigieren musste er nur wenig», sagt Eser. Hahn von ergänzt: «Bei vielen der untersuchten Zeichnungen ist das Monogramm Albrecht Dürers, das berühmt ‹ AD ›, mit einer anderen Tinte gezeichnet worden als die eigentliche Darstellung. Das bestätigt unsere Annahme, dass das Monogramm oft erst nachträglich hinzugefügt wurde.»

Eisengallustinte und Russtusche In seinen Zeichnungen verwendete Dürer sowohl Eisengallustinte als auch Russtusche. Russtusche besteht im Wesentlichen aus Kohlenstoffpartikeln und einem Bindemittel. Die feinen Tasthaare des berühmten Feldhasen sind beispielsweise aus diesem Material, genau wie das Monogramm AD und die Jahreszahl 1502 darunter auf demselben Blatt. Ob es sich um dieselbe Russtusche handelt, lässt sich allerdings ohne eine Probeentnahme nicht feststellen. Bei Eisengallustinte dagegen handelt es sich um Zeichenflüssigkeit, die aus einer Mischung von Eisensulfat (auch Eisenvitriol genannt) und Gallussäure besteht. Durch die Vermischung mit Wasser entsteht die schwarze Tinte. Eisengallustinten sind aber durch andere Metallsalze verunreinigt. Und genau diese Salze geben der Forschung die Möglichkeit, die Tinte eindeutig zuzuordnen. Auf dem Aquarell «Trient von Norden» im Kupferstichkabinett der Kunsthalle Bremen ist beispielsweise die Beischrift «tryt» für Trient zu sehen. Nun stellte sich die Frage,

Feldhase, Aquarell (1502), Albertina, Wien

ob das Monogramm Albrecht Dürers mit derselben Tinte geschrieben worden war. Untersuchungen ergaben, dass das «AD» in Eisengallustinten und die Bezeichnung «tryt» in Russtusche ausgeführt wurde. Anhand eines Wasserzeichens lässt sich zudem eine ungefähre zeitliche Einordnung des verwendeten Papiers vornehmen. Noch hat die Methodik der Tintenanalyse aber ihre Grenzen: «Eine Datierung können wir bei Zeichnungen noch nicht vornehmen. Es sei denn, wir finden Materialien, die da nicht hineingehören», sagt Hahn – Materialien, wie sie beispielsweise Fälscher benutzen. Untersuchungen von Kunst- und Kulturgütern sind für die BAM nicht ungewöhnlich. Sie nahm zum Beispiel auch schon die Himmelsscheibe von Nebra oder die Schriftrollen vom Toten Meer, die sogenannten Qumran-Rollen unter die Lupe. Quelle: BAM und GNM Kontakt Dr. rer. nat. Oliver Hahn BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin Fachbereich Kunst und Kunstanalyse Unter den Eichen 44–46 D-12203 Berlin oliver.hahn@bam.de www.bam.de 51

PANORAMA

Schutzgebiete müssen besser geschützt werden

Alarmierendes Artensterben in Tropenwäldern

31 Tier- und Pflanzenarten in 60 Schutzgebieten in 36 tropischen Ländern Afrikas, Asiens und Amerikas wurden unter die Lupe genommen – von Schmetterlingen über Primaten und Raubkatzen bis hin zu Bäumen. Dazu wurden 215 Wissenschaftler weltweit befragt, die durchschnittlich 20 Jahre in tropischen Schutzgebieten geforscht haben, sodass lange Vergleichszeiträume als Grundlage der Studie dienten. Die Wissenschaftler bewerteten, wie sich die Populationsdichte zahlenmässig in den vergangenen zwei Jahrzehnten in ihrem beforschten Schutzgebiet verändert hat und gaben Auskunft über 21 Einflussfaktoren, beispielsweise Niederschläge, Klimaveränderung oder menschliche Eingriffe. Die Aussagen der Wissenschaftler hat Laurance mit 59 aktuellen und unabhängigen Datensätzen validiert.

Schutzgebiete allein genügen nicht Das Ausweisen von Schutzgebieten allein genügt nicht für die Artenerhaltung. Gebiete, die vor Ort selbst einen besseren Schutz geniessen, haben die Biodiversität über die Zeit besser erhalten, lautet die Kernaussage der Studie. «Das klingt auf den ersten Blick vielleicht banal», räumt Carsten Brühl vom Institut für Umweltwissenschaften Landau an der Universität Koblenz-Landau ein. Der Biologe hat an der Studie mitgearbeitet. «Aber diese Studie belegt erstmals empirisch und weltweit den tatsächlichen ökologischen Zustand in den tropischen Schutzgebieten.» Und der ist ernüchternd: Rund 50 Prozent der untersuchten Gebiete ist intakt, in der anderen Hälfte nimmt die Artenvielfalt alarmierend ab. Ein weiteres Ergebnis der Studie: Schutzgebiete funktionieren nicht isoliert, sondern 52

Bild: Carsten Brühl

Massive Abholzungen, Monokulturen und Erosionen – die Tropen sind längst kein Ort unberührter Natur mehr. Wie sieht es aber in den tropischen Schutzgebieten aus? Wie ist es dort um die Biodiversität bestellt? Dieser Frage ist der Biologe William F. Laurance unter der Mitarbeit von über 200 Wissenschaftlern weltweit nachgegangen. Das Ergebnis: In rund der Hälfte der untersuchten Schutzgebiete ist die Artenvielfalt ernsthaft gefährdet.

Intakter Regenwald in Zentral Kalimantan (geplantes Schutzgebiet «Heart of Borneo»)

stehen in engem ökologischen Austausch mit ihrer Umgebung. Je grösser der ökologische Druck rund um das geschützte Gebiet ist, desto höher ist auch der Umweltstress innerhalb des Reservats. Wird beispielsweise um das Schutzgebiet herum massiv Wald gerodet und Lebensraum zerstört, wirkt sich dies unmittelbar auf das ökologische Gefüge und die ökologische Qualität im Naturschutzgebiet aus. 85 Prozent der in der Studie untersuchten Schutzareale haben in den vergangenen drei Jahrzehnten weite Teile des sie umgebenden Waldes eingebüsst. Nur bei zwei Prozent der Gebiete gab es einen Zuwachs an Wald. «Beängstigend ist das Ausmass» des Artensterbens in den untersuchten Gebieten», mahnt Brühl. Es seien nicht nur wenige Gruppen, sondern eine alarmierend grosse Anzahl von Arten betroffen. Die Folgerung der Wissenschaftler ist gleichzeitig eine Aufforderung an die Politik: Es müssen effizientere Massnahmen zum

Schutz der Schutzgebiete in den Tropen entwickelt werden – und das schnell. Denn die tropischen Schutzgebiete sind weltweit die letzte Bastion der terrestrischen Biodiversität. Ohne funktionierende geschützte Gebiete wird die Artenvielfalt dort für immer verschwinden. Quelle: Universität Koblenz-Landau Originalpublikation William F. Laurance et al., «Averting biodiversity collapse in tropical forest protected areas», Nature 489, 290–294 (2012). Kontakt Dr. Carsten Brühl Universität Koblenz-Landau Institut für Umweltwissenschaften Fortstrasse 7 D-76829 Landau Telefon +49 (0)6341 280-31310 bruehl@uni-landau.de 12/2012

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

Veranstaltungen FEBRUAR 2013

MÄRZ 2013

04.–06.02.

Kurs: Statistische Auswertung von Messwerten zur Qualitätssicherung Ort: CH-4057 Basel Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

04./05.03.

Ergänzungskurs: Säulen, Phasen-Trennoptimierung in der HPLC Ort: CH-5210 Windisch Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

11./12.02.

Kurs: Einführung in die HPLC Ort: CH-5210 Windisch Veranstalter: Sekr. 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

06./07.03.

Ergänzungskurs: HPLC Troubleshooting CH-5210 Windisch Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

11./12.03.

Seminar: Technische Katalyse Ort: D-45127 Essen Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 1803 251 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

12.03.

Field Flow Fractionation – FFF Ort: CH-8600 Dübendorf Veranstalter: Sekr. 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

13./14.02.

Kurs: Einführung in die Gaschromatographie Ort: CH-5210 Windisch Veranstalter: Sekr. 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

13./14.03.

Kurs: Grundlagen der ICP Emissionsspektrometrie CH-Olten Veranstalter: Sekulab Postfach 28, CH-4448 Läufelfingen dany.christen@bluewin.ch, www.sekulab.ch

18./19.02.

Kurs: Vom Schüttgut zum Silo Ort: D-38102 Braunschweig Veranstalter: Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e. V. (GVT) Theodor-Heuss-Allee 25, D-60486 Frankfurt am Main Telefon +49 (0)69 7564 118 gvt-hochschulkurse@gvt.org, www.gvt.org

19.03.

Kurs: Nanoflow-HPLC-MS Ort: CH-8600 Dübendorf Veranstalter: Sekr. 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

25.02.

Seminar: Kalibrierung in der Prozessanalytik Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH Postfach 10 11 39, D-40002 Düsseldorf Telefon + 49 (0)211 6214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi-wissensforum.de

25./26.02.

Kurs: GC-Troubleshooting Ort: CH-5210 Windisch Veranstalter: Sekr. 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./27.02.

Fachkonferenz: Prozessanalytische Messtechnik in der Chemieindustrie Ort: D-Frankfurt am Main Veranstalter: VDI Wissensforum GmbH Postfach 10 11 39, D-40002 Düsseldorf Telefon + 49 (0)211 6214 201 wissensforum@vdi.de, www.vdi-wissensforum.de

19./20.03.

Kurs: Tipps und Tricks für fortgeschrittene GC-MS Anwender/-innen Ort: CH-8600 Dübendorf Veranstalter: Sekr. 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./27.02.

Seminar: Trocknen fester Stoffe Ort: D-45127 Essen Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 1803 251 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

20./21.03.

Seminar: Chemische Reaktoren Ort: D-45127 Essen Veranstalter: Haus der Technik e.V. Hollestrasse 1, D-45127 Essen Telefon +49 (0)201 1803 251 hdt@hdt-essen.de, www.hdt-essen.de

12/2012

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

Cleantech-Förderung in der Schweiz

1st Clariant Chemistry Day an der Universität Basel Clariant und die Universität Basel wollen verstärkt zusammenarbeiten. Als sichtbares Zeichen dieser Absicht fand am 15. November 2012 in Basel der 1st Clariant Chemistry Day statt. Mitarbeiter der beiden Organisationen referierten über Projekte mit nachahltigem Charakter, ein Mitarbeiter der Universität Basel wurde mit dem erstmals verliehenen Clariant CleanTech Price ausgezeichnet.

Kurt Hermann Am 15. November fand an der Universität Basel der 1st Chemistry Day statt. Edwin C. Constable, Professor am Departement Chemie der Universität Basel, erklärte in seiner Begrüssungsansprache, die akademische Wissenschaft profitiere enorm von engen Kontakten mit der Industrie und umgekehrt. Er sagte: «Ich hoffe dass das, was wir heute sehen werden, der Beginn einer neuen Synergie zwischen Clariant und der Universität ist.» Ziel der Veranstaltung war unter anderem die Vertiefung der Zusammenarbeit zur Stärkung der Wissensbasis von Cleantech in der Schweiz. Die Grundlagenfroschung soll gesponsert, der Wissens- und Technologietransfer zwischen Universität und Industrie gefördert werden. Junge Forscher vom Departement Chemie sollten zudem die Möglichkeit haben, sich mit Forschern von Clariant zu treffen. Fünf von ihnen präsentierten die Ergebnisse ihrer Forschungsaktivitäten im Rahmen von Kurzvorträgen (siehe Kasten).

Innovation@Clariant Martin Vollmer, Chief Technology Officer, Clariant International Ltd., stellte sein Referat unter das Thema «Innovation@Clariant». Einleitend erinnerte er daran, dass die region Basel die «Homebase» von Clariant ist. Clariant und die Universität seien in einer sehr glücklichen Situation, da es hier viele Firmen im Chemiebereich gebe. Er hoffe, dass die aktuelle Veranstaltung zum Ausgangspunkt für die zukünftige technische Zusammenarbeit werde. Vollmer gab einen Überblick über die Aktivitäten von Clariant. Auf einige Projekte im Cleantech-Bereich ging er besonders ein. 54

Ein Beispiel sind Flammschutzmittel. Hier werden noch immer vor allem halogenhaltige Produkte eingesetzt. Clariant fokussiert sich auf phosphorhaltigen Verbindungen, die Vollmer «Green Flame Retardants» nannte. Ein weiterer Foschungsschwerpunkt sind Batterien in elektrischen Fahrzeugen und die Energiespeicherung, insbesondere die Speicherung von Wind- und Solarenergie. Ziel ist die Entwicklung von langlebigen Lithium-Ionenbatterien mit Elektroden aus Lithium-Eisenphosphat und anderen Materialien. Wenn Bioethanol aus Agrarabfällen und nicht aus Lebensmitteln wie Zuckerrohr produziert wird, erübrigt sich die «Food or Fuel»-Diskussion. Weizenstroh lässt sich in Cellulose-Zucker und anschliessend in Cellulose-Ethanol umwandeln. Cellulose-Ethanol ist nicht nur ein Treibstoff, es kann auch in andere Chemikalien umwandelt werden, beispielsweise in «Grünes Ethylen». Die Untersuchungen, die auch auf andere Agrarabfälle ausgeweitet wurden, werden im Biotech Center in München durchgeführt. In Straubing ist seit einigen Monaten eine Demonstrationsanlage in Betrieb, in der jährlich 4500 Tonnen Weizenstroh in 1000 Tonnen Cellulose-Ethanol umgewandelt werden können. (Eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens ist in «ChemieXtra», Heft 7–8, Seiten 28–29 (2012) publiziert.)

Clariant CleanTech Award Vollmer sagt: «Eine besondere Zielsetzung des Clariant CleanTech Award ist es, in Zusammenarbeit mit der Universität Basel die Wissensbasis und Innovationskraft von Cleantech in der Schweiz und speziell an Clariants Unternehmenssitz bei Basel zu

Die Kurzreferate Referenten von der Universität Basel • Loïc Le Pleux, «Conversion of solar energy into chemical potential» • Johannes Hoecker, «Release on Demand: Natural Products as a Tool to Understand Biological Processes» • Jennifer Rudd, «Copper(I) Complexes for Application in Dye-Sensitised Solar Cells: A Comparative Experimental and TD-DFT Investigation» Referenten von Clariant • Hannah Schuster, «Biobased Surfactants» • Frank Klose, «Precious metal doped zeolites in environmental catalysis»

stärken. Darüber hinaus sind wir davon überzeugt, dass diese Veranstaltung und die damit verbundene Auszeichnung ebenfalls als Beispiel für andere Länder dienen kann und Clariant als Unterstützer von Cleantech und potenziellen Partner weiterer internationaler Universitäten positioniert.» Mit dem Clariant CleanTech Award sollen ausserordentliche wissenschaftliche Leistungen im Feld der nachhaltigen Chemie ausgezeichnet werden. Beispiele sind Ressourceneffizienz, erneuerbare Energien oder Umweltschutz. Die Abteilung für Chemie an der Universität Basel und Clariant haben diesen Preis erstmals vergeben. Samuel Bader wurde für seine Arbeit «Development of a new Anti12/2012

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

Bild: Clariant

Darüber lachen Chemiker Trotz zweimaliger Aufforderung, Chemikerwitze einzusenden, blieb das Resultat bescheiden: Lediglich drei Einsendungen landeten auf dem Bildschirm der Redaktion. Hier die bescheidene Ausbeute:

Christian Kohlpaintner (Mitglied des Executive Committee von Clariant), Edwin Constable (Department Chemie, Universität Basel), Samuel Bader (Gewinner des 1. Preises), Martin Vollmer (Chief Technology Officervon Clariant)

fouling Agent: The Protection of Metal Surfaces with (±)-Maculalactone A» mit dem 1. Preis in der Höhe von 10 000 Franken ausgezeichnet. Ebenfalls verliehen wurden zwei 2. Preise in der Höhe von je 2500 Franken, die an Nik Hostettler und Jonas Schoenle gingen.

1st Clariant CleanTech Lecture James Clark von der University of York sprach über «From Waste to Wealth using Green Chemistry». Constable betonte, dass es fast unmöglich gewesen wäre, einen besseren Kandidaten für die Iniziierung des CleanTech Awards zu finden. Clark sei das Gesicht der grünen Chemie, er sei Mister Green Chemistry, der sich für Akzeptanz der grünen Chemie nicht nur in der Gesellschaft, sondern auch in der Industrie einsetze. Clark hielt einen ausgezeichneten Vortrag, in dem er zahlreiche Aspekte des Themas beleuchtete. Er ist überzeugt, dass wir die grüne Chemie benötigen, um sichere Produkte basierend auf erneuerbaren Quellen sauberer herzustellen. Hier in Kürze nur zwei interessante vom Referenten behandelte Beispiele aus dem Green-Chemistry-Bereich. Ein Thema betraf Elemente, deren Quellen aufgrund von Prognosen bald versiegen werden. Dazu gehört zum Beispiel Palladium. Im Jahr 12/2012

2010 wurden davon 170 000 Kilogramm für Abgaskatalysatoren in Autos eingesetzt. Ein Teil davon geht während des Fahrens verloren. Hier setzt das Phytocat Project ein, bei dem Metalle durch sogenanntes Phytomining, also mit Pflanzen, aus dem kontaminierten Boden gewonnen werden. Anschliessend werden die Pflanzen pyrolysiert. Es entsteht ein Material, das hoch disperse runde Palladium-Nanopartikel enthält, die beispielsweise als Katalysatoren bei C-C-Bindungsreaktionen eingesetzt werden können. Dies der aktuelle Stand der Laborversuche. Interessant ist die Verwertung von Orangenschalen. Rund 50 Prozent der 100 Millionen Tonnen Orangen, die jährlich zu Orangensaft verarbeitet werden, sind Abfall. Das muss nicht sein, denn aus den Schalen können viele wertvolle Produkte gewonnen werden. Beispiele sind alpha-Terpineol, alpha-d-Limonen, Bioethanol, Wachse, Alkane, um nur einen Teil der wertvollen Inhaltsstoffe von Orangenschalen zu nennen. Aus alpha-d-Limonen kann p-Cymol hergestellt werden. Beide Verbindungen eignen sich als Lösungsmittel für chemische Reaktionen. Clark nannte als Beispiele die Bildung von Amiden aus Carbonsäuren oder Veresterungen. Ganz allgemein lassen sich viele organische Lösungsmittel durch nachhaltige Lösungsmittel ersetzen. ■

Fragt eine Hausfrau einen befreundeten Chemiker: «Kannst du mir mal ein richtig scharfes Reinigungsmittel mischen?» Am nächsten Tag bringt er ihr ein Fläschchen 1-molare Salzsäure. Als sie sich wieder sehen, fragt er, wie es so funktioniert hat. «Sehr gut, aber hast du nicht noch was Schärferes?» Er denkt kurz nach und bringt ihr daraufhin ein Fläschchen 1-molare Natronlauge. «Und, wie war es diesmal?», fragt er sie beim nächsten Treffen. «Super, es war schon viel besser», sagt sie. «Aber ich habe etwas Phantastisches herausgefunden.» «Ja was denn», fragt er ganz neugierig. Worauf sie antwortet: «Wenn ich beide Reinigungsmittel 1:1 mische, habe ich das schärfste und beste Reinigungsmittel der Welt!» Einsender: Michael Reisinger Ein Chemiker verlangt in einer Apotheke Acetylsalicylsäure. Darauf fragt ihn die Apothekerin: «Bin ich recht in der Annahme, dass Sie Aspirin wollen?» «Ja», sagte der Chemiker, «aber ich kann mir dieses Wort nie merken.» Einsender: Werner Jost Neulich in Basel: Ein französischer und ein deutscher Chemiker stehen vor einem Versuch des Letzteren, der aus einem in ein Heizbad getauchten Reaktionskolben besteht. Der deutsche Chemiker verzweifelt: «My reaction is too slow, what can I do? Der französische Chemiker ganz cool: «You have to eat the reaction.» Einsender: Fridtjof Schröder Die drei Einsender haben im November als Dank für ihren Einsatz von der Sigwerb AG, Scherz, ein Kochbuch erhalten. Kurt Hermann

PRODUKTE

Neue Norm für Staubexplosionsschutz umgesetzt terprüfbescheinigung nach DIN EN 16009, für das Q-Rohr-3 vorweisen, dem Schutzsystem zur flammenlosen Druckentlastung.

Als Erste auf dem Markt konnte Rembe ab sofort die EG-Baumus-

Die Norm ist erst seit Oktober 2011 in Kraft. Sie legt für alle Hersteller standardisierte Anforderungen an Konstruktion, Inspektion, Kennzeichnung, Dokumentation und Verpackung fest und gilt für alle autonomen Schutzsysteme der flammenlosen Druckentlastung. Als Erfinder der flammenlosen Explosionsdruckentlastung hatten die Rembe-Ingenieure das Q-Rohr-3 vorausschauend so konstruiert, dass dieses alle Vorgaben der DIN

EN 16009 in verschiedenen Prüfszenarien erfüllt. «Mit der DIN EN 16009 wird dem Kunden ein weiteres Qualitätssiegel an die Hand gegeben. Die EG-Baumusterbescheinigung nach DIN EN 16009 sollte das wichtigste Kriterium bei der Auswahl eines Produkts zur flammenlosen Druckentlastung sein. Mit dieser Norm und den gestiegenen Anforderungen an die EG-Baumusterprüfung wird auf dem Markt momentan die Spreu vom Weizen getrennt», so Roland Bunse, Head of Explosion Protection Department bei Rembe. Das Q-Rohr-3 wird insbesondere zur flammenlosen Druckentlastung

von staubexplossionsgefährdeten Anlagen in Innenräumen eingesetzt. Bei der Anbringung sind keine kostenintensiven Abblasekanäle erforderlich. Eine verfahrensoptimierte Aufstellung in unmittelbarer Nähe von Mensch und Maschine ist ebenso ein Vorteil, wie die eine einfache, optische Inspektion ohne regelmässige Wartungskosten.

Paliwoda AG Im Chapf 2 CH-8703 Erlenbach Telefon +41 (0)44 910 50 05 info@paliwoda.ch www.paliwoda.ch

Alles, was man zum Sieben braucht Das Fritsch-Siebprogramm ist die konzentrierte Antwort auf alle gängigen Siebaufgaben im Labor: drei Geräte für jeden Bedarf mit Ideen, die das Arbeiten einfacher und schneller machen – leicht zu bedienen, verlässlich und langlebig. Siebmschinen zur Trocken-, Nassund Mikro-Präzisions-Siebung: • Messung der quantitativen Par tikelgrössenverteilung von Feststoffen und Suspensionen • Trennung und Fraktionierung • einfache ergonomische Bedienung • schnelle reproduzierbare Ergebnisse • Probenmengen zwischen 0,05 g und 15 kg • Siebdurchmesser 100 bis 450 mm, Maschenweiten 5 µm bis 125 mm

• als Prüfmittel gemäss DIN EN ISO 9001 einsetzbar • automatische Siebauswertung mit der Software Autosieb. Die Hochleistungs-Vibrations-Siebmaschine Analysette 3 Pro (siehe Bild) bietet alles, was zur schnellen Bestimmung der quantitativen Partikelgrössenverteilung im Labor gebraucht wird. Als Wurfsiebmaschine mit elektromagnetischem Antrieb versetzt sie den Siebturm in geregelte vertikale Schwingbewegungen und ist die Lösung für Siebgutmengen bis zu 2 kg und einem Messbereich von 5 µm bis 63 mm. Die Analysette 3 Pro eignet sich zur Qualitätskontrolle im Wareneinund Warenausgang, ist komfortabel zu bedienen, geräuscharm, robust und langlebig.

der Amplitude am laufenden Gerät. Komplett mit der praktischen Siebturmverspannung Easytwist und der Auswertesoftware Autosieb zur automatischen Auswertung der Siebanalyse. Die Analysette 18 ist die robuste Hochlast-Analysensiebmaschine von Fritsch. Sie siebt bis zu 15 kg Material zwischen 20 µm und 125 mm. Dabei sorgt die dreidimensionale Siebbewegung für besonders schnelle Siebergebnisse ohne manuelle Nachsiebung und optimale Reproduzierbarkeit.

Die Analysette 3 Spartan ist die kleine Schwester der Analysette 3 Pro für alle gängigen Siebaufgaben im Labor mit optischer Einstellung

Tracomme AG Dorfstrasse 8 CH-8906 Bonstetten Telefon +41 (0)44 709 07 07 tracomme@tracomme.ch www.tracomme.ch

Rückflussverhinderer für kompakte Steril- und Aseptikanwendungen Beim Konzipieren eines Sterilraums ist die kritischste Komponente häufig der Platz, der für die komplette Produktionseinheit benötigt wird. Mit dem neuen Rückflussverhinderer SRK 22A kann Gestra dem entgegenwirken und die Funktionalität von Sterilkondensatableitern erhöhen. Der SRK 22A verhindert das Rückfliessen von Kondensat in Rohrleitungen nach SIP-Reinigungspro-

zessen. Er wird dank seiner Klemmverbindung direkt hinter dem Kondensatableiter montiert, idealerweise hinter dem Edelstahl-Sterilkondensatableiter SMK 22-81. Die gesamte Abmessung eines Rückflussverhinderers SRK 22A in Kombination mit einem Kondensatableiter SMK 22-81 ist vergleichbar mit den Einbaumassen von anderen gängigen, einzeln eingesetzten Kondensat ableitern und ermöglicht

so die Kompaktheit des ganzen Systems. Der SRK 22A kann sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase oder Dämpfe eingesetzt werden.

André Ramseyer AG Industriestrasse 32 CH-3175 Flamatt Telefon +41 (0)31 744 00 00 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch

12/2012

PRODUKTE

Drehzahlgeregelte Vakuumpumpe mit Fernbedienung und PC-Steuerung Bisher nicht gekannte Flexibilität im Labor schafft das Vakuumsystem SC 920 von KNF Lab: Dank einer Fernbedienung über Funk muss das System nicht in der Nähe der Prozessapparatur aufgestellt werden. Vielmehr lässt es sich in Labormöbeln verstauen oder ohne lästige Kabeldurchführung in einem Laborabzug platzieren. Über die drahtlose Fernbedienung mit intuitiver Benutzerführung wird das Vakuumsystem bedient und können ablaufende Prozesse kontrolliert werden. Vier Betriebsmodi stehen zur Verfügung: Abpumpen, Druckregelung, Automatik – das System sucht selbstständig den Dampfdruck der Probe – und eine

individuelle Druckfunktion, in der der Druck nach einem durch den Benutzer vorgegeben Profil geregelt wird. Aus allen Modi kann jederzeit in den manuellen Betrieb gewechselt werden. Das Vakuumsystem umfasst eine Vakuumpumpe mit elektronischer Regelung, einen Auffangkolben an der Saugseite, einen HochleistungsKondensator mit Auffangkolben an der Druckseite sowie das Handterminal zur Fernbedienung. Zusätzlich ist im Lieferumfang eine Software enthalten, mit der das Vakuumsystem auch von einem PC aus bedient werden kann. Besonderheit dabei: Druckverläufe lassen sich speichern und später wieder aufrufen.

Kurze Prozesszeiten sind eine auffällige Eigenschaft des neuen Vakuumsystems, zurückzuführen auf eine intelligente Druckregelung und das patentierte Membran-Stabilisierungssystem der Pumpe. Das Endvakuum des leise arbeitenden Vakuumsystems beträgt 2 mbar abs., die maximale Förderleistung 20 l/min. Alle gasführenden Teile sind aus chemisch beständigen Materialien gefertigt.

einem der umfassendsten SensorPortfolios weltweit machen die SevenExcellence-Instrumente zu idealen Lösungen für individuelle Anforderungen. Der Elektrodenarm uPlace führt eine perfekte vertikale Bewegung aus. Das vereinfacht die Durchführung von Routinemessungen, da das Risiko des Verschüttens von Proben sowie von Beschädigungen am Sensor sinkt. uPlace kann einhändig entweder von rechts oder links bedient werden und entweder als freistehende oder an das Instrument angeschlossene Einheit zum Einsatz kommen. Das umfassende Angebot an Peripheriegeräten, unter anderem Rührer, Barcode-Lesegerät, Probenwechsler, Fingerabdruck-Lesegerät und verschiedene Druckertypen, erhöht die Sicherheit, Effizienz und Reproduzierbarkeit.

Der 7-Zoll-Touchscreen ermöglicht eine intuitive und effiziente Bedienung. Das hochauflösende Farbdisplay mit grossen Ziffern und hilfreichen Symbolen sowie die VolltextMenüstruktur in zehn Sprachen vereinfachen die Arbeitsabläufe. SevenExcellence ist leistungsfähig und zugleich bedienerfreundlich. Durch die Wahl von «Read» wird eine Messung einfach gestartet, mit «Cal» wird der gewählte Kanal kalibriert. Bei der uFocus-Anzeige werden beispielsweise die Resultate vergrössert dargestellt und ablenkende Informationen ausgeblendet.

KNF Neuberger AG Stockenstrasse 6 CH-8362 Balterswil Telefon +41 (0)71 973 99 30 knf@knf.ch www.knf.ch

Elektrochemische Analysen SevenExcellence ist ein Tischmessgerät für präzise Messungen von pH-Wert, Leitfähigkeit, Ionenkonzentration oder Redoxpotenzial (Oxidation Reduction Potential, ORP). Das modular aufgebaute Gerät führt parallele Messungen für einen, zwei oder drei Kanäle durch. Der 7-Zoll-Touchscreen und die intuitive Benutzerführung machen die Bedienung denkbar einfach. SevenExcellence ist das neueste Mitglied der Seven-Produktreihe. Es zeichnet sich durch Genauigkeit, Flexibilität und Effizienz aus. Das hochwertige Messinstrument wird den Analyseanforderungen sämtlicher Branchen gerecht und eignet sich für viele Arbeitsbereiche, zum Beispiel Qualitätskontrolle oder F&E. Die flexiblen Methoden ermöglichen eine effiziente Verwaltung komplexer Anwendungen und die Einhaltung strenger Anforderungen in regulierten Umgebungen. Zugleich sorgt SevenExcellence dank seines hohen Automatisierungsgrads und seiner erstklassigen Anschlussmöglichkeiten bei den Routineaufgaben im Labor für eine hohe Effizienz. SevenExcellence ist in Form von verschiedenen hilfreichen und sofort einsatzbereiten Kits verfügbar, von denen die meisten auf branchenspezifische Anforderungen zugeschnitten sind. Hierzu zählen das USP/EP pH- und Leitfähigkeits-Kit, das Biopharm pH-Kit oder das Leitfähigkeits-Kit für Spurenanalysen.

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Anknüpfend an den Erfolg von SevenMulti wird auch SevenExcellence modulbasiert angeboten. Das Gerät ist abhängig von den enthaltenen Modulen als individuell konfiguriertes Messgerät für einen, zwei oder drei Kanäle verfügbar. Alle vorkonfigurierten Ausführungen sind als reines Messgerät oder optional mit einer Auswahl intelligenter und sicherer ISM-Sensoren lieferbar. Darüber hinaus sind bei SevenExcellence Erweiterungen durch den Kunden jederzeit möglich. Es ist Platz für drei Module in beliebiger Zusammenstellung vorhanden. So wird grösstmögliche Flexibilität erreicht, um neue Messparameter oder zusätzliche Kanäle hinzufügen zu können. Zur Auswahl stehen derzeit drei Module: • pH/mV-Erweiterungseinheit zur Messung von pH-, mV-, rel. mV- und ISFET-Werten • Leitfähigkeits-Erweiterungseinheit zur Messung von Leitfähigkeit, Widerstand, Salzgehalt und Gesamtgehalt gelöster Feststoffe • pH/Ionen-Erweiterungseinheit zur Messung von pH-, mV-, rel. mV-Werten und der Ionenkonzentration • demnächst verfügbar: Erweiterungseinheit zur Messung von gelöstem Sauerstoff, kompatibel mit optischem Sensor In-Lab OptiOx und polarografischem Sensor InLab 605. Professionelles Zubehör und die optimal geeigneten Sensoren aus

Mettler-Toledo (Schweiz) GmbH Im Langacher 44 CH-8606 Greifensee Telefon +41 (0)44 944 45 45 info.ch@mt.com www.mt.com

PRODUKTE

Bedienterminal für Maschinensteuerung im Ex-Bereich

Das Bedienterminal Termex TX1107 von Pepperl+Fuchs unterstützt die Maschinensteuerung in explosionsgefährdeten Bereichen entsprechend Zone 1 und 21 (ATEX und IECEx). Es kann bei flächenmässig begrenzten Darstellungen, für die keine Bedienstation erforderlich ist, sowie bei beschränkten Platzverhältnissen auch zur Prozessvisualisierung eingesetzt werden. Die neue Generation von Bedienterminals ist für den Einsatz vor allem in der Chemie- und Pharmaindustrie, bei der Öl- und Gasverarbeitung, im Maschinenbau sowie in der Lebensmittelproduktion ausgelegt. Das kompakte Bedienterminal ist mit einem hochauflösenden FarbTFT-Display (800×400) mit 17,8 cm (7 Zoll) Diagonale und einstellbarer Hintergrundbeleuchtung ausgestattet, optional mit Touch-Funktion. Die Tastaturbelegung kann werkseitig kundenindividuell gestaltet werden. Die Einheit ist für den Schalttafeleinbau ausgelegt, ein Aufbaugehäuse aus Edelstahl ist zusätzlich

lieferbar. Das netzwerkfähige TX1107 ist mit dem Betriebssystem Windows 7 ausgestattet. Es wird in der Regel zusammen mit einer SPS betrieben. Ein umfangreiches integriertes Setup lässt sich auch per Web fernsteuern. Je eine Ethernet- und eine USBSchnittstelle sind fest eingebaut. Darüber hinaus gibt es zwei Modulsteckplätze für kundenspezifi sche Schnittstellenbestückung. Als Module stehen dafür zunächst zwei TTY-Schnittstellen (exi und exe) zur Verfügung, worüber beispielsweise ein Barcode-Handheld angekoppelt werden kann. Eine externe Barriere oder Stromversorgung ist nicht erforderlich. Mit dem Bedienterminal Termex TX1107 können über die Anzeige von Prozessbildern hinaus aktiv Prozesse gesteuert werden. Mit der Projektierungssoftware Termexpro lassen sich Bedienseiten komfortabel erstellen. Termexpro ist ein Tool zur Entwicklung von Anwendungen, das standardisierte Datentypen nach DIN EN 61131-3 nutzt. Es verfügt über einen SPS-Simulator und erlaubt die Erstellung von Projekten in bis zu 32 Sprachen. Die Sprachressourcen von Projekten können exportiert und nach einer externen Übersetzung wieder in das Projekt importiert werden. Pepperl+Fuchs Sägeweg 7 CH-2557 Studen Telefon +41 (0)32 374 76 76 info@ch.pepperl-fuchs.com www.pepperl-fuchs.ch

Zirkular variables Spektralfilter für Spektrometeranwendungen Polytec stellt das neue CVF (Circular Variable Filter) für WeitbereichsMonochromatoren und -Spektrometer vor. Im Gegensatz zu reinen Interferenzfiltern, die nur eine Wellenlänge passieren lassen, erlauben diese Verlaufsfilter auch den Einsatz in Experimenten oder Geräten, die einen grossen Wellenlängen-Abstimmbereich bis weit in den Infrarotbereich erfordern. Die Besonderheit von CVF besteht darin, dass sie aus einem oder mehreren Verlaufsfiltern aufgebaut und in Kreissegmenten auf geeigneten Substraten aufgebracht sind. Die Schichtdicke der jeweiligen Interferenzschichtstruktur und damit auch die Wellenlänge der PeakTransmission ändern sich innerhalb jedes Segmentes linear und kontinuierlich mit der Winkelposition. Die Substrate der Segmente bestehen aus unterschiedlichen Materialien, um im jeweiligen Wellenlängenbereich eine hohe Transmission zu gewährleisten. Glas-, Saphir- und Germaniumsubstrate kommen dabei zum Einsatz und werden zu einer kompletten Kreisscheibe montiert. CVF eignen sich ideal zur Verwendung in einem Monochromator oder in einem Spektrometer für spektrale Strahlungsmessungen, wenn bei mittlerer spektraler Auflösung ein weiter Spektralbereich genutzt werden soll, ohne dass der optische Aufbau wesentlich verändert wird. Die spezifische Wellenlänge der Strahlung, die das CVF-

Segment passiert, wird von der Position des optischen Strahls auf dem Segment bestimmt. Rotiert die Trägerscheibe mit den Segmenten durch den Lichtstrahl, so kann ein Scan seines gesamten Wellenlängenbereichs ausgeführt werden. Die spektrale Auflösung wird dabei durch den Strahldurchmesser defi niert. Neben Standard-CVF können auch anwendungsspezifisch gefertigte Filter für nahezu jeden gewünschten Spektralbereich von 0,4 Mikrometern im Sichtbaren bis zu 14,3 Mikrometern in der Infrarotregion gefertigt werden.

Polytec GmbH Polytec-Platz 1–7 D-76337 Waldbronn Telefon +49 (0)7243 604 0 info@polytec.de www.polytec.com

Feuchte-/Temperatur-Messumformer Der speziell für den HLK-Bereich konzipierte Messumformer EE160 von E+E Elektronik ist die ideale Lösung für eine kostengünstige, aber dennoch genaue und zuverlässige Messung der relativen Luftfeuchte und Temperatur. Die langzeitstabile E+E Sensorik, ein innovatives, anwenderfreundliches Gehäusekonzept und moderne Fertigungstechnologien ergeben ein Produkt mit ausgezeichnetem Preis-Leistungs-Verhältnis. Das Gehäusekonzept ermöglicht geringe Installationskosten, bietet einen grösstmöglichen Schutz ge-

gen Verschmutzung oder Betauung und gewährt somit einen störungsfreien Dauerbetrieb. Als Feuchte-/Temperatursensor kommt beim EE160 der langzeitstabile, chemisch resistente E+ESensor HCT01 zum Einsatz. In

Kombination mit langjähriger Kalibrationserfahrung ergibt sich eine Messgenauigkeit von ± 2,5 % rF über den gesamten Arbeitsbereich von 10…95 % rF. Ein Konfigurator ermöglicht eine frei wählbare Skalierung des Temperaturausgangs und Anpassung der Busparameter. Eine Justage der Feuchte und Temperatur vor Ort ist eine weiteres Highlight der kostenlosen Konfiguratorsoftware. EE160-Messumformer sind als Wand- oder Kanalversion und mit Strom-, Spannungs- oder Modbus RTU-Ausgang erhältlich. Das Tem-

peratursignal steht sowohl aktiv als auch passiv zur Verfügung. Typische Anwendungen sind die Klima-Automatisierung von Gebäuden, die Lüftungssteuerung von Klimaanlagen oder auch die Feuchte- und Temperaturüberwachung von Lagerräumen.

E+E Elektronik Deutschland Schöne Aussicht 8 c/1 D-61348 Bad Homburg Telefon +49 (0)6172 13881 0 info@epluse.de www.epluse.com

12/2012

LIEFERANTENVERZEICHNIS ABZUGKAPPELLEN M I T A - K O H L E F I LT E R

A U F T R A G S A N A LY S E N In Grosswiesen 14 8044 Gockhausen/Zürich Tel. 044 881 20 10 www.emott.ch

SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch

EMOTT AG

GMP / FDA approved

Labor für Festkörperanalytik & Elektronenmikroskopie

BERSTSCHEIBEN Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt ANDRÉ RAMSEYER AG Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch

STRIKO Verfahrenstechnik W. Strikfeldt & Koch GmbH Tel. +49 2261 98 55-25 Fax +49 2261 7 24-88 berstscheiben@striko.de www.striko.de

A N L A G E N - U N D A P PA R AT E B A U Industrie Neuhof 30 3422 Kirchberg Tel. +41 34 447 70 00 Fax +41 34 447 70 07

Anlagenbau AG

info@anlagenbau.ch Ihr Partner für Prozesstechnik www.anlagenbau.ch

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AUFTRAGSSYNTHESEN info@techema.ch www.techema.ch

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ANLAGENBAU BIG-BAG-BEFÜLLU N D E N T L E E R S TA I O N E N

JAG Jakob AG Prozesstechnik Industriestrasse 20 2555 Brügg Tel. +41 32 374 30 30 www.jag.ch

Mühlenmattstrasse 32 4112 Bättwil-Flüh Tel. +41 61 313 26 25 Fax +41 61 313 26 52 info@viaag.ch www.viaag.ch

VIA AG AUS-/WEITERBILDUNG

Engineering

ANLAGENKENNZEICHNUNG Postfach · 4448 Läufelfingen · Tel. 079 330 4966 info@sekulab.ch · www.sekulab.ch

BIOREAKTOREN/ BIOCONTROLLER

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BAKTERIOLOGIE/ MIKROBIOLOGIE ARBEITSSICHERHEIT A R M AT U R E N Armaturen, Arbeitssicherheit, Pumpen

Tel. +41 (0)61 833 70 70 Fax +41 (0)61 833 70 91 info@invent-armaturen.ch

Invent Armaturen AG PUMPEN VENTILE ARBEITSSICHERHEIT CH-4310 Rheinfelden www.invent-armaturen.ch

Armaturen- und Tankgerätebau GmbH & Co. KG

Postfach 1248 D-65571 Diez/Lahn Tel. +49 6432 914 740 Fax +49 6432 914 712 info@arta-gmbh.de www.arta-gmbh.de

BIOSICHERHEITSANLAGEN

SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

BEDIEN- UND VISUALISIERUNGSSYSTEME IM EX-BEREICH

A R M AT U R E N

ARTA

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

B R U T S C H R Ä N K E , C O 2- B R U TS C H R Ä N K E , I N K U B AT O R E N PMI-Labortechnik GmbH

Sägeweg 7 · 2557 CH-Studen Telefon +41 32 374 76 76 · Telefax +41 32 374 76 78 info@ch.pepperl-fuchs.com · www.pepperl-fuchs.ch

Rikonstrasse 7 CH-8310 Grafstal

PMI-Labortechnik GmbH Pharma

ASEPTISCHE VENTILE Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt ANDRÉ RAMSEYER AG Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55 info@ramseyer.ch 7–8/2012 www.ramseyer.ch

Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch

B E R AT U N G T E C H N I S C H E

Medizin

Industrie

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CHEMIE- UND BIOSENSOREN Center for Chemical Information Technology C-Cit AG

CHEMGINEERING TECHNOLOGY AG Güterstrasse 107 CH-4133 Pratteln

Telefon +41 61 467 54 54 www.chemgineering.com

Einsiedlerstr. 29 · 8020 Wädenswil Telefon +41 43 477 85 55 Telefax +41 43 477 85 57 5 info@c-cit.ch · www.c-cit.ch

CHEMIEDISTRIBUTION

BTC Speciality Chemical Distribution

Klybeckstrasse 141 4057 Basel Tel. +41 44 781 94 14 Fax +41 44 781 94 12 accueil.contact@btc-europe.com www.btc-fr.com

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

C H R O M AT O G R A P H I E S YS T E M E

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LabSolution GmbH

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WICOM International AG Telefon 081 302 77 41 Industriestrasse 14 Telefax 081 302 77 43 CH-7304 Maienfeld www.wicomint.ch info@wicomint.ch

Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 www.brechbuehler.ch sales@brechbuehler.ch

Alles fürs aphie Chromatogr Labor

Labtec Services AG

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Monolitmaterial zur schnellen Aufreinigung von Makromolekülen wie Viren / Phagen / AnƟkörpern / Proteinen / Endotoxinenƞernungen von AnalyƟk bis industrial scale von disposible bis prep/ BIA Verkaufsleiter D/CH/NL: Tobias Baechle, Mobil +49 0 171 / 274 31 39 tobias.baechle@monoliths.com www.biaseparaƟons.com

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ProMinent Dosiertechnik AG Hauptsitz: Trockenloostrasse 85 8105 Regensdorf Tel. +41 44 870 61 11 Fax +41 44 841 09 73 info@prominent.ch www.prominent.ch

Standort Basel: Techema AG Gewerbestrasse 8 4105 Biel-Benken Tel. +41 61 381 45 09 Fax +41 61 382 07 55 office@techema.ch www.techema.ch

DA M P FA R M AT U R E N Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt ANDRÉ RAMSEYER AG Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch

Spirax Sarco AG

C H R O M AT O G R A P H I E S Ä U L E N

SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch

DOSIERTECHNIK

Regelgeräte & Armaturen Gustav-Maurerstrasse 9 8702 Zollikon Tel. +41 44 396 80 00 www.SpiraxSarco.ch

Geissbrunnenweg 14 CH-4452 Itingen BL info@sebio.ch

Stockenstrasse 6 8362 Balterswil Tel. 071 973 99 30 Fax 071 973 99 31 E-Mail: knf@knf.ch www.knf.ch

Nordstrasse 9 5612 Villmergen T 056 619 89 19 F 056 619 89 18 info@labtec-services.ch www.labtec-services.ch

CHROMATOGRAPHIE/PROTEIN/VIREN/ PHAGEN/DNA-AUFREINIGUNG/ANALYTIK

Liquid Chromatography RedesignedTM

Lenzhardweg 43/45 CH-5702 Niederlenz Telefon 062 885 71 71 Telefax 062 885 71 80 www.ktron.com

C O 2 I N K U B AT O R E N

Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

BIA Separa ons GesmbH

K-Tron (Schweiz) GmbH

DOSIERPUMPEN

C O N TA I N M E N T / G L O V E - B O X E N

WICOM International AG Industriestrasse 14 CH-7304 Maienfeld info@wicomint.ch

DOSIERANLAGEN

Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49 www.waters.com

HPLC Säulen und Geräte

Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren

Neulandweg 3 CH-5502 Hunzenschwil Telefon +41 62 889 29 29 Telefax +41 62 889 29 00 info@motan-colortronic.ch www.motan-colortronic.com

Tel. +41 44 732 31 31 Fax +41 44 730 61 41 www.brechbuehler.ch sales@brechbuehler.ch

Brechbühler AG

C H R O M AT O G R A P H I E

Brechbühler AG

DOSIER- UND MISCHSYSTEME

Tel. 061 971 83 44 Fax 061 971 83 45 www.sebio.ch

Frei Fördertechnik AG CH-3113 Rubigen T +41 31 720 56 56 · F +41 31 720 56 55 info@ffag.ch · www.ffag.ch

D E K O N TA M I N AT I O N ( H 2O 2) Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49 www.waters.com

C H R O M AT O G R A P H I E S YS T E M E

ANACONDA GmbH Gebrauchte Instrumente Denksteinweg 79 Tel. +49 0 40 653 04 72 Hamburg Fax +49 0 40 653 25 66 6D-22043 0 info@chromatograph.de www.anaconda.de

Dosiergeräte Waagen

SKAN AG Postfach CH-4009 Basel info@skan.ch

Tel. 061 485 44 44 Fax 061 485 44 45 www.skan.ch

DISPENSER / PIPETTEN

Socorex Isba S. A.

Champ-Colomb 7 - 1024 Ecublens socorex@socorex.com - www.socorex.com

Unter Sagi 6 · CH-6362 Stansstad www.keller-pt.ch · info@keller-pt.ch

Pneumatische Fördertechnik

DOWNSTREAM/ENDOTOXINENTFERNUNG/METHODENENTWICKLUNG

BIA Separa ons GesmbH Liquid Chromatography RedesignedTM

7–8/2012

D R U C K L U F T- M E M B R A N P U M P E N

EX-SICHERE MESSU N D R E G E LT E C H N I K

F I LT E R THE ART OF SWISS PRECISION Bachmannweg 21 CH-8046 Zürich T. +41 44 377 66 66 info@bopp.ch www.bopp.com

TECHEMA AG info@techema.ch www.techema.ch

CH-4105 Biel-Benken Telefon +41 61 381 45 09

Sägeweg 7 · 2557 CH-Studen Telefon +41 32 374 76 76 · Telefax +41 32 374 76 78 info@ch.pepperl-fuchs.com · www.pepperl-fuchs.ch

DÜSEN

F I LT E R PA P I E R EXPLOSIONSSCHUTZ R. STAHL Schweiz AG

SSCO-Spraying Systems AG Eichenstrasse 6 · 8808 Pfäffikon Tel. +41 55 410 10 50 · Fax +41 55 410 39 30 info.ch@spray.com · www.ssco.ch

Explosionsschutz Brüelstrasse 26 · 4312 Magden Tel. +41 61 855 40 60 Fax +41 61 855 40 80 info@stahl-schweiz.ch www.stahl-schweiz.ch

Geissbrunnenweg 14 CH-4452 Itingen BL info@sebio.ch

Tel. 061 971 83 44 Fax 061 971 83 45 www.sebio.ch

DRUCKREDUZIERVENTILE Industriestrasse 32 Postfach 18 CH-3175 Flamatt ANDRÉ RAMSEYER AG Tel. 031 744 00 00 Fax 031 741 25 55 info@ramseyer.ch www.ramseyer.ch

F I LT R AT I O N S S Y S T E M E EXPLOSIONSSCHUTZ, E X - G E R Ä T E ( AT E X )

Aqua Innovation GmbH

ELEKTRONENMIKROSKOPIE Gewerbestrasse 18 CH-4105 Biel-Benken Tel. +41 61 726 65 55 Fax +41 61 726 65 50 info@portmann-instruments.ch www.portmann-instruments.ch

ELEKTROTECHNISCHE UND OPTISCHE SENSOREN

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FARBMESSUNG (FLÜSSIGKEITEN)

ENERGIEVERSORGUNG H. Lüdi + Co. AG Moosäckerstr. 86 8105 Regensdorf Tel. 044 843 30 50 Fax 044 843 30 90 sales@hlag.ch www.hlag.ch

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Hach Lange GmbH Rorschacherstr. 30 a 9424 Rheineck Tel. 084 855 66 99 Fax 071 886 91 66 www.hach-lange.ch

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FESTPHASENEXTRAKTION ERP-SOFTWARE

FÖRDERTECHNIK IncoDev (Schweiz) AG Oberdorfweg 9 CH-5610 Wohlen Fon +41 0 56 618 62 62 Fax +41 0 56 618 62 63 www.incodev.ch

EX-GESCHÜTZTE INDUSTRIESAUGER

VIA AG Engineering

7–8/2012

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Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren

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FIBEROPTIKSCHAUGLASLEUCHTEN

MAX MÜLLER AG

Hagmattstrasse 19 Tel. +41 0 61 487 92 92 4123 Allschwil Fax +41 0 61 487 92 99 blt@maxmuellerag.com www.maxmuellerag.com

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Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3 CH-8952 Schlieren

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G A B E L S TA P L E R EX-GESCHÜTZTE

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GASMESS- UND WARNGERÄTE

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LabSolution GmbH Tel. +41 44 746 32 20 Fax +41 44 746 32 29 www.contrec.ch

Brünenmattweg 24 4148 Pfeffingen Tel. 061 843 94 80 Fax 061 843 94 81 info@labsolution.ch www.labsolution.ch

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Gewerbestrasse 18 CH-4105 Biel-Benken Tel. +41 61 726 65 55 Fax +41 61 726 65 50 info@portmann-instruments.ch www.portmann-instruments.ch

Täfernstrasse 4 CH-5405 Baden-Dättwil Tel. 056 676 70 00 Fax 056 676 70 49 www.waters.com

CH-4153 Reinach Telefax 061 717 93 30 www.shimadzu.ch

PMI-Labortechnik GmbH Pharma

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Industrie

HPLC- & UHPLC-ANLAGEN

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