Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes
150 Years of Innovation
• Founded in 1875 by Genzo Shimadzu Sr. in Kyoto, Japan, Shimadzu Corporation was manufacturing physics and chemistry instruments.
• The company grew significantly under the leadership of Genzo Jr., one of Japan’s most remarkable inventors.
• Shimadzu’s product portfolio of medical systems, analytical instrumentation and more enables its customers to protect people’s health and lives as well as the environment.
• Shimadzu’s culture of “Contributing to Society through Science and Technology” has been inherited by each new generation of employees worldwide.
Benzol, Antikörper und Wasser
Vor 200 Jahren wurde Benzol entdeckt. Die zuvor als «subtiles und liebliches Oleum» benannte farblose Flüssigkeit wird 1825 durch den englischen Naturforscher und Experimentalphysiker Michael Faraday als unreines Benzol ermittelt, als er die Flüssigkeit aus einer verstopften Gaslampenleitung untersuchte.
Der zweite chemietechnische Meilenstein, der 2025 einen runden Geburtstag feiert, ist die erstmalige Kultivierung von Antikörpern vor 50 Jahren. 1975 entwickeln der argentinische Molekularbiologe und Immunologe César Milstein und der deutsche Mikrobiologe Georges J. F. Köhler ein Verfahren, mit dem sich monoklonale Antikörper in Zellkulturen herstellen lassen. Dieses basiert auf den Arbeiten des britischdänischen Mediziners Niels Kaj Jerne zur Theorie über den spezifischen Aufbau des Immunsystems. Für das Verfahren erhalten die drei Forscher 1984 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.
Über die neusten Errungenschaften berichten wir, wie immer, in dieser Fachzeitschrift. Nach wie vor liegt uns am Herzen, Sie mit fundierten Informationen (ohne KI-generierte Bilder) zu beliefern – in der Printausgabe, auf dem Onlineportal und im Newsletter. Übrigens, in der Mitte (S. 26) finden Sie ein neues Format: eine Seite mit zusammengestellten Kurz-News, Zahlen, Zitaten und Kuriositäten. Sollten Sie allgemein Fragen oder Anregungen zu Inhalten oder Themen haben, freuen wir uns auf Ihre Rückmeldung!
In dieser Ausgabe wird unter anderem die Wasserchemie aus verschiedenen Perspektiven beleuchtet. Es geht um neue Wasserfiltrationssysteme oder Verfahren wie beispielsweise den Abbau von Steroidhormonen in einem elektrochemischen Membranreaktor mit Kohlenstoffnanoröhren-Membran (S. 35). Oder um die Gewinnung von Eisen und Zink aus Bergbauschlämmen und -abwässern sowie die Weiterverarbeitung der Resten zu Baustoffen (S. 37). Oder um CO2, das Mischwasser beigefügt wird, um es dauerhaft in Beton zu speichern (S. 28).
Neben verfahrenstechnischen Lösungen geht es aber auch um neu erforschte Anomalien von Wasser. Eine neue Spektroskopie an der EPFL hat die Quantengeheimnisse des nassen Elementes enthüllt (S. 4) und aktuelle Untersuchungen am Max-Planck-Institut für Polymerforschung geben neue Einblicke in die Bindungen zwischen Wassermolekülen (S. 27).
Schliesslich zu den persönlichen Bindungen zwischen Forschenden, Unternehmen, der ChemieXtra und Ihnen, liebe Leserinnen und Leser. Den persönlichen Austausch pflegen wir auch dieses Jahr mit einem Stand an der Ilmac. Über Trends und Innovationen, die im September in Basel gezeigt werden, informieren wir Sie bereits im Vorfeld mit regelmässigen Exklusivbeiträgen wie zum Beispiel auf Seite 18.
Die Redaktion wünscht Ihnen viel Freude beim Lesen!
Luca Meister redaktion@sigwerb.com
Unser Qualitätsversprechen ist EXCiPACT®zertifiziert.
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CHEMIE
Des Wassers Quantengeheimnisse
Erstmals wurden ausschliesslich Moleküle beobachtet, die an Wasserstoffbrückenbindungen in flüssigem Wasser beteiligt sind – und damit bislang unzugängliche Quanteneffekte gemessen.
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MEDIZIN
Blüten, die Medikamente transportieren
Mit winzigen Teilchen bringen Ärzte Medikamente im Körper punktgenau ans Ziel. Der grosse Vorteil: Weil die Partikel Schallwellen streuen, lassen sie sich gut mit Ultraschall nachverfolgen.
BIOWISSENSCHAFTEN
Geheimnis des Stallstaubs gelüftet
Für Kleinkinder wirkt er von Geburt an wie ein schützendes Elixier vor Asthma und anderen Allergien: der Staub aus dem Kuhstall. Doch wie reagieren Zellen des Immunsystems darauf?
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LABOR
Neue Plattform für Bioprozessdaten
Eppendorf und die Zürcher KI-Spezialistin Datahow haben ein gemeinsames Ziel: Sie wollen mit einer kombinierten Plattform die Entwicklung von Bioprozessen grundlegend verbessern.
IMPRESSUM
Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche www.chemiextra.com
Erscheinungsweise
7 × jährlich
Jahrgang 15. Jahrgang (2025)
Druckauflage
7300 Exemplare
WEMF / SW-Beglaubigung 2024 6326 Exemplare Total verbreitete Auflage 1699 Exemplare davon verkauft
Dr. Christian Ehrensberger +41 56 619 52 52 info@sigimedia.ch
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ERNÄHRUNG
Sind arsenhaltige Meeresfrüchte sicher?
Eine interdisziplinäre Studie zeigt, dass das bisher als unbedenklich geltende Arsenobetain im Körper von Säugetieren durch Darmbakterien teilweise in giftige Arsenverbindungen umgewandelt wird.
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VERANSTALTUNGEN
Optimierung der Filtereffizienz im Fokus
Hochentwickelte Luft- und Wasserfiltrationssysteme, die den Sicherheitsstandards wichtiger Industrien entsprechen, wurden auf der Messe Filtech in Köln vorgestellt.
Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGI media AG 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 2025 by SIGI media AG, CH-5610 Wohlen
FORSCHUNGSWELT
Flüssige Wassermoleküle sind asymmetrisch
Wasser gibt mit seinen Anomalien auch heute noch Rätsel auf. Am Max-Planck-Institut für Polymerforschung wurde ein wichtiger Baustein für das Verständnis dessen Struktur entdeckt.
UMWELT
CO 2 dauerhaft in Mischwasser speichern
Die Betonwirtschaft muss zirkulärer werden. Neue Massstäbe setzen jetzt zwei Schweizer Unternehmen, die 14 neu entwickelte Speicheranlagen für Mischwasser in Betrieb nehmen.
PROZESSINDUSTRIE
Wärmepumpen machen Dampf
NEUE MATERIALIEN
Elektrisches Potenzial verwandelt Oberflächen
Einzelatomkatalysatoren vereinen die Vorteile homogener und heterogener Katalyse. Forschende haben solche Strukturen jetzt auch elektrochemisch gebildet – selbstständig und ohne Edelmetalle.
Fällt in einem Industriebetrieb kontinuierlich Abwärme an und gleichzeitig wird Prozessdampf benötigt, bestehen günstige Voraussetzungen für den Einsatz einer dampferzeugenden Wärmepumpe.
SHIMADZU FEIERT SEIN
150-JÄHRIGES BESTEHEN
Shimadzu wurde 1875 von Genzo Shimadzu in Kyoto, Japan, gegründet und begann mit der Herstellung von Instrumenten für den Physik- und Chemieunterricht. Als Erfinder nahm Genzo Shimadzu auch die Herausforderung an, die erste bemannte Heissluftballonfahrt Japans durchzuführen. Obwohl er keinerlei Vorkenntnisse im Ballonbau hatte und sich nur auf eine einzige Illustration stützen konnte, gelang es ihm 1877, dieses Ziel zu erreichen.
Das Logo des 150. Jubiläums von Shimadzu erinnert an diesen historischen Tag. Es steht für die Verbindung von Tradition und Innovation, die das Unternehmen seit 150 Jahren prägt. Genzo Shimadzu bewies damit,
dass der Wille, neue Wege zu gehen, der Schlüssel zum Erfolg ist.
Mit dem Motto «Excellence in Science» verfolgt Shimadzu weiterhin das Ziel, durch Wissenschaft und Technik einen Beitrag zur Gesellschaft zu leisten. Die Neugier und der Mut, Herausforderungen anzunehmen, sind auch heute noch die treibenden Kräfte hinter den über 14 000 Mitarbeitern, die Tag für Tag daran arbeiten, innovative Lösungen für die Zukunft zu entwickeln.
Shimadzu Schweiz GmbH
Hofackerstrasse 40B
CH-4132 Muttenz
Telefon +41 (0)61 717 93 33
info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch
Von neuer Spektroskopie enthüllt
Des Wassers Quantengeheimnisse
Zum ersten Mal haben Forschende an der EPFL ausschliesslich Moleküle beobachtet, die an Wasserstoffbrückenbindungen in flüssigem Wasser beteiligt sind – und damit elektronische und nukleare Quanteneffekte gemessen, die bisher nur über theoretische Simulationen zugänglich waren.
Celia Luterbacher ¹
Wasser ist ein Synonym für Leben, doch die dynamische, facettenreiche Wechselwirkung, die H2O-Moleküle zusammenbringt –die Wasserstoffbrückenbindung – bleibt rätselhaft. Wasserstoffbrückenbindungen entstehen, wenn Wasserstoff- und Sauerstoffatome zwischen Wassermolekülen interagieren und sich dabei die elektronische Ladung teilen. Diese Ladungsteilung ist ein Schlüsselmerkmal des dreidimensionalen H-Brückenbindungs-Netzwerks, das flüssigem Wasser seine einzigartigen Eigenschaften verleiht. Doch die Quantenphänomene, welche den Kern solcher Netzwerke bilden, wurden bisher nur durch theoretische Simulationen verstanden. Nun haben Forschende unter der Leitung von Sylvie Roke, Leiterin des Labors für Fundamentale BioPhotonik an der EPFL, eine neue Methode – die korrelierte Schwingungsspektroskopie (CVS) – veröffentlicht. Mit dieser können sie messen, wie sich Wassermoleküle verhalten, wenn sie an H-Brückennindungs-Netzwerken beteiligt sind. Entscheidend ist, dass CVS es den Forschenden ermöglicht, zwischen solchen teilnehmenden (interagierenden) Molekülen und zufällig verteilten, nicht Hgebundenen (nicht interagierenden) Molekülen zu unterscheiden. Im Gegensatz dazu meldet jede andere Methode Messungen an beiden Molekültypen gleichzeitig, so dass es unmöglich ist, zwischen ihnen zu unterscheiden.
«Aktuelle Spektroskopiemethoden messen die Streuung von Laserlicht, die durch die Schwingungen aller Moleküle in einem System verursacht wird, sodass man raten oder annehmen muss, dass das, was man
sieht, auf die molekulare Wechselwirkung zurückzuführen ist, an der man interessiert ist», erklärt Roke. «Bei CVS hat der Schwingungsmodus jedes einzelnen Molekültyps sein eigenes Schwingungsspektrum. Und da jedes Spektrum einen einzigartigen Peak hat, der den Wassermolekülen entspricht, die sich entlang der H-Brücken hin und her bewegen, können wir ihre Eigenschaften direkt messen, z. B. wie viel elektronische Ladung geteilt wird und wie die Stärke der H-Brücken beeinflusst wird.» Die Methode, von der die Forschungsgruppe sagt, dass sie ein «transformatives» Potenzial hat, um Wechselwirkungen in jedem Material zu charakterisieren, wurde in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
Die Dinge aus einem neuen Blickwinkel betrachten
Um zwischen wechselwirkenden und nicht-wechselwirkenden Molekülen zu unterscheiden, beleuchteten die Wissenschaftler flüssiges Wasser mit Femtosekunden-Laserpulsen (eine Billiardstel
Sekunde) im nahen Infrarotspektrum. Diese ultrakurzen Lichtblitze erzeugen winzige Ladungsschwingungen und atomare Verschiebungen im Wasser, welche die Emission von sichtbarem Licht auslösen. Dieses emittierte Licht erscheint in einem Streumuster, das wichtige Informationen über die räumliche Organisation der Moleküle enthält, während die Farbe der Photonen Informationen über atomare Verschiebungen innerhalb und zwischen Molekülen enthält.
«Typische Experimente platzieren den spektrographischen Detektor in einem 90-Grad-Winkel zum einfallenden Laserstrahl, aber wir stellten fest, dass wir wechselwirkende Moleküle untersuchen können, indem wir einfach die Detektorposition ändern und Spektren mit bestimmten Kombinationen von polarisiertem Licht aufzeichnen. Auf diese Weise können wir getrennte Spektren für nichtwechselwirkende und wechselwirkende Moleküle erstellen», sagt Roke.
Das Team führte weitere Experimente durch, die darauf abzielten, CVS zu nutzen,
Prof. Dr. Sylvie Roke mit dem Aufbau der korrelierten Schwingungsspektroskopie (CVS) im Labor für fundamentale Biophotonik der EPFL. (Bilder: Jamani Caillet)
Aufbau der korrelierten Schwingungsspektroskopie.
um die elektronischen und nuklearen Quanteneffekte von H-BrückenbindungsNetzwerken auseinanderzukitzeln, zum Beispiel durch Veränderung des pH-Werts von Wasser durch die Zugabe von Hydroxidionen (wodurch es basischer wird) oder Protonen (wodurch es saurer wird). «Hydroxidionen und Protonen sind an der H-Brückenbindung beteiligt, sodass die Änderung des pH-Werts von Wasser seine
Reaktivität verändert», sagt Doktorand Mischa Flór, Erstautor der Arbeit. «Mit CVS können wir genau quantifizieren, wie viel zusätzliche Ladung Hydroxid-Ionen an HBrückenbindungs-Netzwerke abgeben (8%) und wie viel Ladung Protonen daraus aufnehmen (4%) – präzise Messungen, die zuvor noch nie experimentell hätten durchgeführt werden können.»
Diese Werte wurden mit Hilfe fortschritt-
licher Simulationen erklärt, die von Mitarbeitenden in Frankreich, Italien und Grossbritannien durchgeführt wurden. Die Forschenden betonen, dass die Methode, die sie auch durch theoretische Berechnungen bestätigt haben, auf jedes Material angewendet werden kann. Tatsächlich sind bereits mehrere neue Charakterisierungsexperimente im Gang.
«Die Möglichkeit, die Stärke der H-Brückenbindung direkt zu quantifizieren, ist eine leistungsstarke Methode, mit der Details jeder Lösung auf molekularer Ebene geklärt werden können, zum Beispiel wenn sie Elektrolyte, Zucker, Aminosäuren, DNA oder Proteine enthält», sagt Roke. «Da CVS nicht auf Wasser beschränkt ist, kann es auch eine Fülle von Informationen über andere Flüssigkeiten, Systeme und Prozesse liefern.»
Übersetzung aus dem Französischen: ChemieXtra
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Bisherige Begrenzung der Kettenlänge ist überwunden
Polymere statt Chips zur Datenspeicherung
Als Alternative zu herkömmlichen Speichermedien werden synthetische Polymere attraktiver, denn die bisherige Beschränkung der Kettenlänge (und damit der Speicherkapazität) darf als überwunden gelten.
Immer mehr Daten müssen, oft auch langfristig, gespeichert werden (z. B. Prozessüberwachung, Qualitätssicherung). Makromoleküle mit definierter Sequenz sind eine Alternative zu herkömmlichen Speichermedien, da sie gespeicherte Informationen mit deutlich geringerem Platz- und Energiebedarf aufrechterhalten. Das massenspektrometrische Datenauslesen beschränkt jedoch die Länge und damit die Speicherkapazität der einzelnen Polymerketten. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellt ein Forschungsteam einen neuen Ansatz vor, der diese Limitierung überwindet und einen direkten Zugriff auf interessierende Bits ohne Auslesen der gesamten Kette ermöglicht.
Insbesondere für die langfristige Archivierung grosser Datenmengen, auf die nur selten zugegriffen werden muss, sind Makromoleküle mit definierter Sequenz, wie DNA und synthetische Polymere, eine interessante Alternative. Gegenüber DNA bieten synthetische Polymere Vorteile: eine einfache Synthese, höhere Speicherdichte und Stabilität unter rauen Bedingungen. Der Nachteil: Die in Polymeren kodierte Information wird durch Massenspektrometrie (MS) bzw. Tandem-MassenSequenzierung (MS2) ausgelesen. Hierfür dürfen die Moleküle nicht zu gross werden, was die Speicherkapazität pro Kette stark beschränkt. Ausserdem wird die komplette Kette Baustein für Baustein ausgelesen, es kann nicht direkt auf interessierende Bits zugegriffen werden – so als ob man ein Buch, statt auf der relevanten Seite etwas nachzusehen, komplett durchlesen muss.
Kyoung Taek Kim und sein Team vom Fachbereich Chemie der Seoul National University haben darum einen neuen Ansatz entwickelt. Damit lassen sich sehr lange synthetische Polymerketten, deren Molekulargewichte die analytische Grenze
Wohin mit all den Daten? – Synthetische Polymere entwickeln sich jetzt zur echten Alternative zur herkömmlichen Speicherung. (Bild: Adpic)
der MS bzw. MS2 deutlich überschreiten, effizient auslesen. Als Beispiel codierte die Forschergruuppe ihre Universitäts-Adresse in einem ASCII-Code und übersetzten diesen – zusammen mit einem Fehler-Detektions-Code (CRC, gängiges Verfahren zur Prüfung der Datenintegrität) – in einen Binärcode, d. h. eine Abfolge von 1 und 0. Die so erzeugte 512-Bit-Information speicherten sie in einer Polymer-Kette aus zwei verschiedenen Monomeren: Milchsäure codiert 1 und Phenyl-Milchsäure 0. An unregelmässigen Stellen bauten sie zudem Mandelsäure enthaltende Fragmentierungscodes ein. Bei chemischer Aktivierung werden die Ketten dort gespalten, im Beispiel in 18 verschieden grosse
Fragmente, die einzeln durch MS2-Sequenzierung entschlüsselt werden können. Eine speziell entwickelte Software identifiziert die Fragmente zunächst anhand ihrer Masse sowie ihrer Endgruppen aus den MS-Spektren. Während der MS2 «zerbrechen» bereits gemessene Molekülionen weiter und die Bruchstücke werden erneut analysiert. Anhand deren Massen-Differenzen lassen sich die Fragmente sequenzieren. Unter Zuhilfenahme der CRC-FehlerDetektions-Codes rekonstruiert die Software daraus die Sequenz der gesamten Kette. Damit ist die Längen-Limitierung für Polymerketten überwunden.
http://ktkimgroup.snu.ac.kr
Allergien bei Kindern
Geheimnis des Stallstaubs gelüftet
Für Kleinkinder wirkt er von Geburt an wie ein schützendes Elixier vor Asthma und anderen Allergien: der Staub aus dem Kuhstall. Doch was genau vermittelt diese Wirkung? Die Entschlüsselung im Sinne der Allergievorbeugung ist ein langwieriger Prozess, der jetzt einen Schritt vorangekommen ist: Deutsche Forscherinnen haben analysiert, wie Zellen des Immunsystems auf Stallstaub reagieren und so zum «schützenden Farmeffekt» beitragen.
Die Hygiene-Hypothese ist in der Wissenschaft mittlerweile etabliert. Deren Tenor: Das kindliche Immunsystem sollte vor allem in den Vorschuljahren «trainiert» werden durch regelmässigen Kontakt mit bestimmten «guten» Mikroorganismen. Das Immunsystem muss lernen, nicht übermässig zu reagieren und keine harmlosen Substanzen anzugreifen oder sich gegen körpereigene Strukturen zu richten.
Staub aus dem Kuhstall wirkt vorbeugend
Forscherinnen des Haunerschen Kinderspitals des LMU Klinikums München haben nachgewiesen, dass vor allem der häufige und kontinuierliche Kontakt kleiner Kinder mit der Bauernhofumgebung, im Speziellen mit dem Staub aus dem Kuhstall, vorbeugend wirkt. Dort aufwachsen -
Was verändert sich im Immunsystem durch Stimulation mit Stallstaub? (Bild: Envato)
de Kinder bekommen zum Beispiel deutlich weniger Asthma als solche, die in der Stadt leben. Basierend auf diesen Erkenntnissen epidemiologischer Studien werden in Laboren weltweit die Grundlagen dieses Phänomens erforscht.
Zum einen wollen die Forschenden wissen, welche Substanzen respektive Mikroorganismen den Schutzeffekt auslösen. Zum anderen interessiert sie, was genau sich im Immunsystem verändert, damit es keine körpereigenen oder harmlosen Strukturen angreift und eine gesunde Balance des Immunsystems hergestellt wird. Dem ist eine Forschungsgruppe jetzt einen grossen Schritt vorangekommen: Sie hat in einem Zellkulturansatz im Labor verschiedene Immunzellen des Blutes mit Stallstaub stimuliert.
Auch bei bereits an Asthma erkrankten Kindern
«Wir konnten zeigen, dass bei Kindern mit manifestem Asthma bestimmte Zellen des angeborenen Immunsystems nach Stimulation mit Farmstaub reduziert werden», sagt Studien-Erstautorin Claudia Beerweiler, «wohingegen Subgruppen von Zellen des erworbenen Immunsystems vermehrt sind, darunter B-Zellen und bestimmte THelferzell-Populationen. Ausserdem sind bestimmte Moleküle reduziert, die mit Entzündung, Zelltoxizität, Antigenpräsentation und speziellen T-Helferzellen in Verbindung stehen. Zelltoxizität ist die Fähigkeit bestimmter Substanzen oder Mikroorganismen, Zellen zu schädigen oder zu zerstören. Antigenpräsentation ist ein zentraler Prozess bei einer Abwehrreaktion, bei dem Strukturen von Mikroorganismen bestimmten Immunzellen erkennbar gemacht werden.»
«Wir wissen mittlerweile, dass das angeborene Immunsystem in der Allergieentstehung und auch in der Prävention viel zentraler ist, als wir über Jahrzehnte dachten», so Bianca Schaub, Professorin an der Kinderklinik und Kinderpoliklinik im Haunerschen Kinderspital. Frühere Arbeiten zeigten bereits, dass der Schutz durch Bauernhofstaub über einen antientzündlichen Effekt vermittelt wird. In einer kürzlich veröffentlichten Studie unter Beteiligung der LMU-Forscherin Prof. Dr. Erika von Mutius, stellte sich heraus, dass in Stäuben aus dem Kuhstall Transportproteine, sogenannte Lipokaline, enthalten sind. Sie modulieren die Funktion des menschlichen Immunsystems. Zwei dieser Substanzen kommen in Stallstaub deutlich erhöht vor.
Neue Wege für die Therapie
So reiht sich ein Baustein an den anderen, um das Geheimnis des Stallstaubs zu lüften. Das Ziel der Forschenden ist klar: Die nützlichen Substanzen zu identifizieren und sie all jenen Kindern zukommen zu lassen, die nicht auf dem Bauernhof leben – in welcher Form wird derzeit untersucht. Auch welche Zielgruppe von Kindern man so behandeln könnte, muss noch genau untersucht werden. «Die Tatsache, dass die Stimulation mit Stallstaub die Immunreaktionen im Labor sogar bei erkrankten Asthmatikern modulieren kann», sagt Bianca Schaub, «eröffnet möglicherweise auch neue Wege für die Therapie bereits symptomatischer Kinder.» Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Allergy veröffentlicht.
www.lmu-klinikum.de
Schädlingsbekämpfung und Pflanzenschutz
Biodiversität statt Insektizide
Nicht immer braucht es Pestizide: Forschende der Universität Zürich haben in einer umfangreichen Feldstudie gezeigt, dass die Biodiversität innerhalb einer Pflanzenart zur Schädlingsbekämpfung genutzt werden kann. Denn Arten mit verschiedenen Genotypen arbeiten zusammen, um die Angriffe von pflanzenfressenden Insekten abzuwehren.
Pflanzen interagieren mit den Individuen, die sie umgeben – genauso wie Menschen. Sind beispielsweise Personen im Umfeld anfällig für Infektionen, steigt das eigene Risiko sich anzustecken. Sind sie jedoch resistent, sinkt es. Das Gleiche gilt für Pflanzen: Wenn verschiedene genetische Typen derselben Art zusammen angepflanzt werden, sind gewisse Kombinationen resistenter gegen Schädlinge und Krankheiten. Dieser positive Effekt auf die biologische Vielfalt wird als assoziative Resistenz bezeichnet.
Nahrungssicherheit und Schutz der Artenvielfalt
Eine der Herausforderungen moderner Gesellschaften ist es, die Nahrungssicherheit mit dem Umweltschutz und der biologischen Vielfalt in Einklang zu bringen. Schädlinge und Krankheiten bedrohen die Ernten, weshalb in der Landwirtschaft chemische Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden. Pestizide können jedoch die Vielfalt der Insektenarten verringern. «Hier könnte die assoziative Resistenz als Anbaumethode, um die Nahrungsmittelproduktion zu sichern und gleichzeitig die Artenvielfalt zu erhalten, Abhilfe schaffen», sagt Kentaro Shimizu, Direktor des Instituts für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich (UZH). Doch welche Kombinationen von Pflanzen mit unterschiedlichen Genotypen – den individuellen genetischen Ausstattungen –sollten in Mischbeständen gepflanzt werden, um Schädlinge und Krankheiten abzuwehren? Will man beispielsweise zwei aus insgesamt 199 Genotypen auswählen, gibt es 19 701 mögliche Kombinationen. UZH-Forschende haben nun mit Hilfe eines physikalischen Modells eine neue Methode entwickelt, um mögliche Interaktio -
Flohkäfer befallen eine Arabidopsis thaliana und hinterlassen Schäden an der Pflanze. (Bilder: Universität Zürich)
nen zwischen Individuen auf genetischer Ebene vorhersagen zu können.
Ausgedehnte Feldarbeit auf dem Campus Irchel
Die Forschenden führten zwei Jahre lang gross angelegte Versuche auf dem Campus Irchel der UZH sowie in Japan durch. Für die 199 weltweit gesammelten Genotypen der Pflanze Arabidopsis thaliana lagen bereits die Genomsequenzen vor. Die Forschenden mischten nach dem Zufallsprinzip mehr als 30 Individuen von jedem der 199 Genotypen und pflanzten insgesamt 6 400 Individuen an. «Um 52 707 Insekten auf 6 400 Pflanzen zu zählen, verbrachte der leitende Forscher Yasuhiro Sato die Sommermonate im Forschungsgarten auf dem Irchel. Sein immenser Datensatz, der dank des Forschungsgartens der Universität auf dem Campus Irchel gesammelt werden konnte, war der Schlüssel zu dieser Studie», sagt Professor Shimizu.
Bisher gab es keine Analysemethoden, um die Wechselwirkungen auf Stufe des Ge -
noms – der gesamten Erbinformation –zwischen benachbarten Pflanzenindividuen zu untersuchen. Das Team um Dr. Sato entwickelte deshalb ein neues Computerverfahren: eine genomweite Assoziationsstudie namens «Neighbor GWAS». Diese basiert auf einem Modell der Physik, das zur Analyse von Wechselwirkungen zwischen Magneten verwendet wird. Das Team analysierte damit, wie der Schädlingsbefall durch die Kombination von nebeneinanderstehenden Individuen mit unterschiedlichem Genotyp beeinflusst wird. Parallel dazu berücksichtigten die Forschenden die Ergebnisse der Feldversuche.
Schädlingsreduktion von bis zu 25 Prozent
Die Analyse zeigte, dass zahlreiche Gene an den Interaktionen mit den umliegenden Individuen beteiligt sind. Mithilfe maschinellen Lernens konnten die Pflanzenwissenschaftler mit dem Modell die Schäden von Pflanzenfressern voraussagen und vorteilhafte Kombinationen von
Genotyp-Paaren identifizieren, die über eine assoziierte Resistenz verfügen. Während zwei Jahren wurde ein weiterer gross angelegter Feldversuch durchgeführt und rund 2 000 Pflanzenindividuen paarweise mit jenen Genotypen angepflanzt, für die drei Stufen der assoziativen Resis-
tenz vorhergesagt wurden. Die Resultate aus dem Feldversuch zeigten, dass – im Vergleich zur Anpflanzung eines einzelnen Genotyps – die Mischung von zwei Genotypen die Schäden durch Pflanzenfresser bei der höchsten bzw. zweithöchsten Stufe assoziativer Resistenz um 24,8 Prozent bzw. 22,7 Prozent verringerte.
Genotypen mischen, höhere Erträge
«Diese Studie ist ein Meilenstein in der Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Pflanzenindividuen. Sie zeigt, wie wichtig Biodiversität ist: Erstens kann die genetische Vielfalt der Kulturpflanzen selbst den Schädlingsbefall reduzieren. Zweitens tragen weniger Pestizide in der Landwirtschaft dazu bei, die biologische Vielfalt einschliesslich der Insekten zu erhalten», fasst Kentaro Shimizu zusammen. Metastudien, bei denen Bernhard Schmid beteiligt war, zeigen, dass etwa bei Weizen und Reis zwischen 4 bis 16 Prozent höhe -
re Erträge erzielt werden, wenn Genotypen zufällig gemischt werden. Gemäss Shimizu könnte die neue Methode dank der Genominformationen, die bei diesen Kulturarten verfügbar sind, durch Vorhersagen von assoziierten Resistenzen die Auswahl von Genotypmischungen optimieren und somit die Erträge dieser landwirtschaftlich wichtigen Pflanzenarten sogar noch weiter erhöhen, unter gleichzeitiger Reduktion des Pestizideinsatzes.
Das Projekt wurde vom Universitären Forschungsschwerpunkt «Globaler Wandel und Biodiversität» der UZH, dem Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und der Japan Science and Technology Agency in Zusammenarbeit mit der Ryukoku University, der Hokkaido University, der Keio University und der Yokohama City University in Japan unterstützt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications publiziert.
www.uzh.ch
Ein Forscher zählt Insekten auf den Pflanzen im Forschungsgarten des Campus Irchel der Universität Zürich.
Über Labore, Branchen und Länder hinweg
Neue Plattform für Bioprozessdaten
Eppendorf und die Zürcher Datahow AG, eine Spezialistin fortschrittlicher Datenanalyse und KI-gestützter Prognosesoftware, geben eine strategische Zusammenarbeit bekannt. Das Ziel: Mit einer kombinierten Plattform die Entwicklung von Bioprozessen grundlegend zu verbessern.
In der Bioprozessentwicklung ist es entscheidend, komplexe Prozesse zu entwickeln und zu optimieren, die strenge Qualitätsstandards erfüllen. Prozessdaten sind dabei von zentraler Bedeutung, doch ihre effektive Nutzung stellt für Prozesswissenschaftler nach wie vor eine grosse Herausforderung dar. Die Integration der KI-gestützten Analyselösung «DataHowLab» in die Monitoring- und Analyseplattform «BioNsight cloud» geht auf diesen Bedarf ein, indem sie einen optimierten Arbeitsablauf von der Datengenerierung über die Datenanalyse bis zum Erkenntnisgewinn bietet. Dadurch können Forschende schnell und effizient fundierte Entscheidungen treffen. Die Harmonie der Daten rund um den Bioreaktor ist für eine nahtlose Verknüpfung zwischen Forschung und Entwicklung und skalierbarer Produktion unerlässlich. Die Zusammenarbeit der beiden Unternehmen adressiert die komplexen Anforderungen an digitale Dienste in diesem Kontext.
Nahtlose
Datenintegration und -zugänglichkeit
«Integration und Zusammenarbeit werden manchmal unterschätzt, sind aber entscheidend für den Erfolg von Bioprozessprojekten. Unsere Lösungen ermöglichen die nahtlose gemeinsame Nutzung und
Umlaufkühler der Marke
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Top Preise, hohe Qualität, prompte Services.
Die Integration von «DataHowLab» in die «BioNsight cloud» soll die Datenintegration und Zusammenarbeit in der Bioprozesstechnik verbessern. (Bild: Eppendorf)
Kontextualisierung von Daten über mehrere Geräte und Standorte hinweg und stellen sicher, dass Wissenschaftler aussagekräftige Vergleiche anstellen und wertvolle Erkenntnisse gewinnen können», erklärt Lina Tao, Senior Vice President Eppendorf Bioprocess.
«Die kombinierte Plattform wird es Wissenschaftlern ermöglichen, von verschiedenen Geräten aus auf Daten zuzugreifen und diese zu modellieren – egal ob es sich um einen PC, einen Laptop oder ein Smartphone handelt – und zwar über Labore, Branchen und Länder hinweg», ergänzt Dr. Alessandro Butté, Chief Executive Officer bei DataHow. «Dieses Mass an Zugänglichkeit ermöglicht einfache und aussagekräftige Vergleiche, die Erkenntnisse über verschiedene Massstäbe und verschiedene Durchläufe hinweg liefern.»
Automatisierung der Datenaufbereitung
Die manuelle Datenbereinigung und -formatierung sind oft mühsam und fehleranfällig. Durch die Automatisierung dieser Prozesse spart die integrierte Plattform Zeit und verringert das Fehlerrisiko, sodass sich Forschende auf die wertschöpfende Analyse
und die Gewinnung wichtiger Erkenntnisse für die Entscheidungsfindung konzentrieren können. Hier zeigt die Cloud-Technologie ihre Stärke, indem sie einen einfachen Zugang zu sauberen, formatierten und analysereifen Daten ermöglicht.
Die Stärken der prädiktiven Modellierung erschliessen
Mit sauberen und gut organisierten Daten bietet DataHowLab den Zugang zu fortschrittlichen KI-gestützten Analysen und ermöglicht es auch Nicht-Datenwissenschaftlern, mit geführten Arbeitsabläufen komplexe Analysen durchzuführen. Forschende können die Software nutzen, um fortschrittliche Prozessdatenanalysen durchzuführen, durch in silico-Simulationen Erkenntnisse ausserhalb des Labors zu gewinnen, oder um KI-gestützt optimale Versuchspläne zu erstellen. Mit einem schnelleren Prozessverständnis kann somit die Forschung und Entwicklung effizienter arbeiten, da der experimentelle Aufwand reduziert und die Projektlaufzeiten verkürzt werden.
www.eppendorf.com/bioprocess https://datahow.ch
«Eine Technologie, die man im Auge behalten sollte»
Vom Molekül zur 3-D-Struktur
Forschende der Universitätsmedizin Göttingen haben ein neues Verfahren entwickelt, das es erstmals ermöglicht, die 3-D-Form von Proteinen mit einem herkömmlichen Mikroskop abzubilden. Die mit KI kombinierte «ONE»Mikroskopie ermöglicht die Erkennung von Strukturveränderungen geschädigter oder toxischer Proteine in menschlichen Proben. Erkrankungen wie Morbus Parkinson, die auf Proteinfehlfaltungen beruhen, könnten somit frühzeitig erkannt und behandelt werden.
Die Fluoreszenz-Bildgebung ist eines der vielseitigsten und am weitesten verbreiteten Instrumente in der Biologie, um biologische Prozesse in lebenden Zellen zu beobachten. Trotz der Fortschritte in der Technik und der Verbesserung der Auflösung bleibt die Darstellung einzelner Moleküle und die Organisation molekularer Komplexe mittels Fluoreszenzmikroskopie eine Herausforderung. Dies war bisher ausschliesslich mit teuren strukturbiologischen Methoden wie der Elektronenmikroskopie (EM) und insbesondere der KryoEM möglich, bei der die Proben mit einem sehr starken Elektronenstrahl bei extrem niedriger Temperatur abgebildet werden.
Vergrösserung des Probenvolumens
Eine Forschungsgruppe hat nun mit ein paar einfachen, aber effektiven Tricks eine Methode entwickelt, um einzelne Moleküle mit herkömmlicher Lichtmikroskopie detailgenau darzustellen. Statt teure, hochauflösende Mikroskope einzusetzen, um die Auflösung zu verbessern, entwickelten sie die «einstufige Nanoskalen-Expansions-Mikroskopie» (One-step Nanoscale Expansion: ONE). Bei diesem Verfahren wird das Volumen der Probe vergrössert, indem die Zellen und die darin enthaltenen Strukturen auf ein wasserabsorbierendes Gel gebunden werden, welches in die Zellen eindringt. Durch die Aufnahme von Wasser vergrössert sich das Gel bis auf das 15-fache seines Volumens. Die Moleküle in der Probe bewegen sich dadurch gleichmässig auseinander und werden ebenfalls grösser, sodass sie nach gezielter Markierung mit fluoreszierenden Molekülen mit einem Lichtmikroskop abgebildet werden können.
Mit
herkömmlichem Mikroskop durchführen
Die ONE-Mikroskopie ist ein einfaches und kostengünstiges Verfahren, das in jedem Labor mit einem herkömmlichen Mikroskop durchgeführt werden kann und ein Auflösungsniveau im Bereich von zirka einem Nanometer erreicht. Das ist etwa 100 000 Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Die benötigte Software stellen die Autoren als kostenloses Open-Source-Paket zur Verfügung. Das neue Verfahren wurde in der Fachzeitschrift Nature Biotechnology veröffentlicht. Aufgrund des hohen Potentials hat Nature die ONE-Mikroskopie in die Liste der «sieben Technologien von 2024, die man im Auge behalten sollte» aufgenommen.
Kombiniert mit einem auf Künstlicher Intelligenz basierenden Verfahren zur Auswertung der Fluoreszenzveränderungen, gelang den Forschenden erstmals, was bisher nur mit der hochauflösenden KryoElektronenmikroskopie und Röntgentechnologie möglich war: «Wir sind jetzt in der Lage, 3-D-Proteinstrukturen aus zweidimensionalen Fluoreszenzbildern zu rekonstruieren», so Prof. Dr. Silvio O. Rizzoli, Direktor der Instituts für Neuro- und Sinnesphysiologie der Universitätsmedizin Göttingen. Dies bietet eine noch nie dagewesene Möglichkeit, feine strukturelle Details einzelner Proteine sowie von Multiproteinkomplexen in Zellen oder auch isoliert direkt darzustellen. Auch Veränderungen in der räumlichen Struktur von Proteinen sind mit der ONE-Mikroskopie leicht aufzudecken. In einer Kooperation mit Kollegen aus Göttingen (D) und Kassel (D) konnten molekulare Proteinaggregate, die typisch für die Parkinson-Erkrankung sind, in Hirnwasser-Proben von Patientinnen und Patienten abgebildet und klassifiziert werden. Das ist vielversprechend für eine verbesserte Früherkennung der Parkinson-Erkrankung, von der weltweit Millionen Menschen betroffen sind.
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Künstlerische Darstellung der ersten Proteinstruktur des GABA A -Rezeptors, die mittels ONEMikroskopie gelöst wurde. (Bild: Shaib/Rizzoli, umg/mbexc)
Partikel durch Ultraschall und andere akustische Verfahren gesteuert
Blüten, die Medikamente transportieren
Diese winzigen Teilchen erinnern an Papierblumen oder Sandrosen. Mit ihnen können Ärztinnen und Ärzte Medikamente im Körper punktgenau ans Ziel bringen. Der grosse Vorteil: Weil die Partikel Schallwellen streuen, lassen sie sich gut mit Ultraschall nachverfolgen. Die Technik soll Menschen mit Kreislauferkrankungen oder Krebs zugutekommen.
Wie bringt man ein Medikament im Körper genau dorthin, wo es wirken soll? An dieser Frage forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schon länger. Es geht beispielsweise darum, Krebsmedikamente zu einem Tumor zu transportieren, damit sie nur dort wirken und im Rest des Körpers keine Nebenwirkungen verursachen. Die Forschung sucht nach Trägerpartikeln, an die ein Wirkstoff gebunden werden kann. Solche Partikel müssen eine ganze Reihe von Bedingungen erfüllen, darunter folgende drei: Sie müssen erstens möglichst viele Wirkstoffmoleküle aufnehmen, zweitens mit einem einfachen Verfahren wie Ultraschall durch die Blutbahnen gelenkt und ihr Weg durch den Körper muss drittens mit einem bildgebenden Verfahren verfolgt werden können. Nur wenn dieser letzte Punkt erfüllt ist, lässt sich überprüfen, ob der Medikamententransport funktioniert hat. Alle diese Anforderungen unter einen Hut zu bringen, war für die Wissenschaft eine Knacknuss. Forschende unter der Leitung der ETH Zürich haben nun für eine spezielle Klasse von Partikeln gezeigt, dass sie die Bedingungen hervorragend erfüllen. Diese Teilchen sind nicht nur leistungsfähig, sie sehen unter dem Mikroskop auch hübsch aus: Sie ähneln winzigen Papierblumen oder Sandrosen. Aufgebaut sind sie aus hauchdünnen Blättchen, die sich selbstorganisierend zu Blüten zusammenfügen. Diese Blütenteilchen haben einen Durchmesser von einem bis fünf Mikrometern, was kleiner ist als ein rotes Blutkörperchen.
Diese Blütenteilchen aus Zinkoxid sind drei Mikrometer gross (elektronenmikroskopische Aufnahme). (Bild: Dong Wook Kim, Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme/Kolorierung: ETH Zürich)
Ihre Form begünstigt zwei Eigenschaften:
Zum einen haben die Blütenpartikel im Verhältnis zu ihrer Grösse eine riesige Oberfläche. Die Zwischenräume zwischen den vielen dicht gepackten Blütenblättern sind nur wenige Nanometer breit und wirken wie Poren. Dadurch können sie sehr grosse Wirkstoffmengen aufnehmen. Zum anderen streuen die Blütenblätter Schall -
wellen oder sie lassen sich mit Molekülen beschichten, die Licht absorbieren. Mit Ultraschall oder der sogenannten optoaktustischen Bildgebung sind sie deshalb sehr gut sichtbar.
Diese Ergebnisse veröffentlichten die Gruppen von Daniel Razansky und Metin Sitti jüngst in der Fachzeitschrift Advanced Materials. Razansky ist Professor für
Selbstorganisierte Herstellung: Die Teilchen ähneln winzigen Papierblumen oder Sandrosen und setzen sich selbst zusammen. (Grafik: Kim et al., Advanced Materials 2024, verändert)
Fabio Bergamin ¹
Dieses aus Nanoblättern aufgebaute Teilchen ist drei Mikrometer gross (elektronenmikroskopische Aufnahme). (Bild: Dong Wook Kim, Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme)
biomedizinische Bildgebung an der ETH Zürich und an der Universität Zürich. Sitti ist Experte für Mikrorobotik und war bis vor kurzem Professor an der ETH Zürich und am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart. Jetzt arbeitet er an der Koç Üniversitesi in Istanbul.
Besser als Gasbläschen
«Bisher haben Forschende für den Transport durch die Blutbahn mit Ultraschall oder anderen akustischen Methoden vor allem winzige Gasbläschen untersucht», sagt Paul Wrede, Mitautor der Studie und Doktorand in Razanskys Gruppe. «Wir zeigen nun, dass man auch feste Mikropartikel akustisch steuern kann.» Der Vorteil der Blumenpartikel gegenüber den Bläschen: Man kann sie mit einer grösseren Menge an Wirkstoffmolekülen beladen. In Experimenten in der Petrischale zeigten die Forschenden, dass sich die Blütenpartikel mit einem Krebsmedikament beladen lassen. Ausserdem injizierten sie die Partikel in die Blutbahn von Mäusen. Mit fokussiertem Ultraschall hielten sie die Teilchen an einer vorher festgelegten Stelle im Blutkreislauf fest. Dies funktionierte, obschon das Blut weiter zirkulierte und an den Partikeln vorbeifloss. Fokussierter Ultraschall ist eine Technik, bei der Schallwellen auf einen Punkt gebündelt werden. «Wir injizieren die Partikel also nicht einfach und hoffen auf das Beste, sondern wir können sie kontrollieren», sagt Wrede. Mit dieser Technik wollen die Forscher eines Tages Medikamente zu Tumoren transportieren oder zu Thromben, die Blutgefässe verstopfen.
Je nach Anwendung und je nach Bildgebungsverfahren, mit dem die Forschenden die Position der Partikel kontrollieren möchten, stellen sie sie aus verschiedenen Materialien her und beschichten sie unterschiedlich. «Das grundlegende Funktionsprinzip beruht auf ihrer Form, nicht auf dem Material, aus dem sie bestehen», sagt Wrede. In ihrer Studie untersuchten die Forschenden eingehend Blütenpartikel aus Zinkoxid. Zudem testeten sie Partikel aus dem Kunststoff Polyimid und aus ei -
nem Verbundmaterial, das aus Nickel und organischen Verbindungen zusammengesetzt ist.
Nun möchten die Forschenden den Ansatz weiterentwickeln. Zunächst planen sie weitere Untersuchungen in Tieren, bevor die Technik allenfalls auch Menschen mit Kreislauferkrankungen oder Krebs zugutekommen kann.
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Arsenobetain, auch als «Fischarsen» bezeichnet, ist eine der am häufigsten vorkommenden Arsenverbindungen in Meeresfrüchten, einschliesslich Algen, Fisch und Schalentieren. (Bild: Adpic)
Mikrobieller Abbau von Arsenobetain
im Darm
Sind arsenhaltige Meeresfrüchte sicher?
Eine interdisziplinäre Studie der Universität Bern zeigt, dass Darmbakterien bei der Umwandlung von Arsenobetain in giftige Arsenverbindungen eine entscheidende Rolle spielen. Die Resultate zeigen, dass Arsenobetain, das häufig in Meeresfrüchten vorkommt und bisher als unbedenklich galt, im Körper von Säugetieren durch Darmbakterien teilweise in giftige Arsenverbindungen umgewandelt wird. Diese Erkenntnisse werfen neue Fragen über die Sicherheit des Verzehrs von Meeresfrüchten auf.
Arsen ist ein weit verbreitetes toxisches Spurenelement, das in verschiedenen Lebensmitteln und im Wasser vorkommt und in vielen chemischen Formen existiert. Anorganisches Arsen, die häufigste Umweltform, wird mit schwerwiegenden Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht, darunter Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und neurologische Störungen bei langfristiger Exposition. Infolgedessen stuft die Internationale Agentur für Krebsforschung anorganisches Arsen als krebserregend ein. Arsenobetain ist eine der am häufigsten vorkommenden Arsenverbindungen in Meeresfrüchten, einschliesslich Algen, Fisch und Schalentieren. Es wird daher oft als «Fischarsen» bezeichnet. Auch in einigen Pilzen sind erhebliche Konzentrationen von Arsenobetain zu finden. Für den Menschen galt Arsenobetain aufgrund seiner geringen Toxizität und schnellen Ausscheidung bisher als risikoarm.
Eine neue Studie, die im Rahmen der interfakultären Forschungskooperation «One
Health» der Universität Bern durchgeführt wurde, zeigt nun, dass das Darmmikrobiom von Säugetieren eine Schlüsselrolle bei der Umwandlung von Arsenobetain in andere Arsenverbindungen, einschliesslich krebserregendem anorganischem Arsen, spielt. Über die Rolle des Darmmikrobioms bei der Anreicherung, Toxizität und Ausscheidung von Arsen wurde bereits früher berichtet, aber frühere Forschungen konzentrierten sich hauptsächlich auf anorganisches Arsen. Über den mikrobiellen Abbau von Arsenobetain im Darm war wenig bekannt. Neue Ergebnisse eines interdisziplinären Teams unter der Leitung von Prof. Dr. Siegfried Hapfelmeier vom Institut für Infektionskrankheiten der Universität Bern und Prof. Dr. Adrien Mestrot vom Geographischen Institut der Universität Bern stellen frühere Annahmen über die Sicherheit von Arsenobetain-haltigen Meeresfrüchten in Frage. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Journal of Hazardous Materials veröffentlicht.
Mögliche
schädliche
Wirkung von Darmmikroben
Die Berner Forschenden setzten Gnotobiologie und modernste analytische Chemie ein, um den Arsenbetain-Stoffwechsel bei Mäusen mit unterschiedlicher Zusammensetzung des Darmmikrobioms zu untersuchen. Dabei untersuchten sie drei Gruppen: keimfreie Mäuse (ohne Darmmikroben), herkömmliche Mäuse mit einer natürlichen Mikrobiota (besiedelt mit Hunderten verschiedenen Mikroorganismen) und «gnotobiotische» Mäuse mit einer vereinfachten Mikrobiota (bestehend aus 12 definierten Darmbakterienarten). Alle wurden mit einer arsenobetainreichen Diät gefüttert, um den Arsenstoffwechsel, die Verteilung im Körper und die Ausscheidung zu vergleichen. «Der Zugang zu keimfreien Mäusen aus der Clean Mouse Facility der Medizinischen Fakultät und die hochmodernen Analysegeräte, die vom cLab des Instituts für Geographie zur Verfügung gestellt wurden, sowie komple -
Forschungskooperation «One Health»
Die Zusammenarbeit «One Health» fördert die interdisziplinäre Forschung zwischen den Fakultäten für Naturwissenschaften, Veterinärmedizin und Medizin der Universität Bern. Die engen Wechselwirkungen zwischen der Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt werden berücksichtigt und es wird untersucht, wie Umweltfaktoren wie chemische Toxine das Mikrobiom und die allgemeine Gesundheit entlang der Nahrungskette beeinflussen.
mentäre Expertise in Darmmikrobiom-Biologie und Arsenstoffwechsel ermöglichten diese Forschung auf einzigartige Weise», sagt Dr. Teresa Chávez-Capilla, Arsen-Expertin und Mitautorin der Studie.
Die Forschenden stellten fest, dass Mäuse mit Darmmikroben höhere Arsenkonzentrationen in ihrem Darmtrakt anreicherten als keimfreie Mäuse. «Wir fragten uns daher, ob dies darauf zurückzuführen ist, dass Darmbakterien die Chemie des aufgenommenen Arsens verändern. Tatsächlich beobachteten wir bei mikrobiell besiedelten Mäusen – aber nicht bei keimfreien Mäusen – die Bildung bestimmter hochtoxischer Arsenverbindungen im Dickdarm», erklärt Prof. Siegfried Hapfelmeier, Darmmikrobiom-Forscher und Mitautor der Studie. Diese toxischen Verbindungen reichern sich bekanntermassen stärker im Körper an. Dementsprechend wiesen konventionelle Mäuse mit einer natürlichen Darmmikrobiota eine erhöhte Arsenakkumulation in ihren Organen auf. Darüber hinaus war bei konventionellen Mäusen, die auf eine arsenarme, gereinigte Diät umgestellt wurden, die Ausscheidung von Arsen aus dem Körper deutlich langsamer
als bei keimfreien Mäusen. «Darmmikroben spielen also eine entscheidende Rolle bei der Verstoffwechselung von Arsenobetain im Körper. In diesem Fall scheint das Mikrobiom jedoch eine schädliche Wirkung zu haben», fügt Hapfelmeier hinzu.
Neue Fragen zur Sicherheit von Meeresfrüchten
Arsenobetain ist derzeit nicht als toxisch eingestuft und unterliegt daher keinen gesetzlichen Grenzwerten in Lebensmitteln. Obwohl frühere Studien darauf hindeuteten, dass Arsenobetain in Säugetieren metabolisiert werden könnte, blieb unklar, ob dieser Prozess durch den Säugetierwirt oder sein Mikrobiom vermittelt wird. «Die translationale Mikrobiomforschung mit Hilfe von Mausmodellen hat sich enorm weiterentwickelt. Obwohl Studien an Mäusen sich nicht unkritisch auf den Menschen übertragen lassen, deuten die von uns beobachteten sehr deutlichen Effekte stark darauf hin, dass beim Menschen ähnliche Prozesse ablaufen», sagt Hapfelmeier. «Arsenobetain ist weltweit eine der Hauptquellen für Arsen in der Nahrung, insbesondere in Regionen, in denen viel Fisch
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«Obwohl Studien an Mäusen sich nicht unkritisch auf den Menschen übertragen lassen, deuten die von uns beobachteten sehr deutlichen Effekte stark darauf hin, dass beim Menschen ähnliche Prozesse ablaufen.» Prof. Dr. Siegfried Hapfelmeier, Forschungsgruppenleiter Darmmikrobiologie am Institut für Infektionskrankheiten der Universität Bern (Bild: zvg)
und Meeresfrüchte verzehrt werden», erklärt Mitautor Prof. Adrien Mestrot, Experte für Umweltchemie. «Die Tatsache, dass Arsenobetain im Darm von Säugetieren in giftigere Formen umgewandelt werden kann, stellt frühere Annahmen zur Sicherheit von Lebensmitteln in Frage und hat auch erhebliche Auswirkungen auf Lebensmittelbehörden», so Mestrot abschliessend.
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Mit einem Auslandsanteil von 61 Prozent verzeichnet die Messe einen Besucherrekord, wobei die Zahl der internationalen Gäste aus Nordafrika, Südamerika und dem Nahen Osten sowie aus den etablierten Zentren in Europa, den USA und Asien deutlich zugenommen hat.
Rückschau Filtech 2024: Die wichtigsten Themen
Optimierung der Filtereffizienz im Fokus
Hochentwickelte Luft- und Wasserfiltrationssysteme, die den strengen Sicherheitsstandards wichtiger Industrien wie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie des Bergbaus und der Mineraliengewinnung entsprechen, wurden auf der Messe Filtech in Köln von über 590 Ausstellern vorgestellt.
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie gelten strenge Spezifikationen, um durchgängig sichere Prozesse zu gewährleisten, da selbst kleinste Verunreinigungen und Kontaminationen die Haltbarkeit von Produkten verringern oder sogar zum Verlust ganzer Chargen führen können. Hochentwickelte Filtermembranen eignen sich hervorragend für Reinigungsverfahren bei der Herstellung von zum Beispiel Milch, Käse, Zucker und Süssungsmitteln, während in vielen anderen Bereichen hochmoderne Biofilter eingesetzt werden, um eine Vielzahl von Verunreinigungen wie Legionellen, Bakterien, Parasiten, Trübungen, Rost, Arzneimittelrückstände, Arsen und störende Aromen zu entfernen. Die Filtration ist auch für den Geschmack von Tee und Kaffee entscheidend.
Im Bergbau gelten inzwischen ebenso strenge Vorschriften für die Kontrolle von Staub, Abwasser und anderen Emissionen, die durch wirksame Filtersysteme erfüllt werden. Bei der Aufbereitung von Minera -
lien werden erhebliche Mengen an Wasser verbraucht, und die Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten ermöglicht die Wiederverwendung von Wasser, wodurch der Verbrauch gesenkt und die Umweltbelastung verringert wird.
Gefährliche «Tailings» – das Abfallmaterial, das nach der Gewinnung von Mineralien
zurückbleibt – werden mit den riesigen automatisierten Filterpressen, die von Unternehmen wie Andritz, Diemme und Metso entwickelt wurden, ebenfalls effektiv entwässert. Das reduziert die Abfallmenge weiter und verhindert die Bildung von Absetzteichen, die Umwelt- und Sicherheitsrisiken darstellen können.
Neuheit an der Filtech: Die UV-C-Luftentkeimungsmodule «Virobuster» mit hoher Effizienz in der Luftentkeimung. (Bilder: Filtech)
Pfaff Industrial zeigte eine moderne Nähund Schweisslösung für die Verarbeitung
Bei der Mineralienaufbereitung sorgen Filtrationssysteme für eine hohe Produktreinheit, indem sie unerwünschte Feststoffe entfernen und so sowohl die Produktqualität als auch den Marktwert verbessern. Die Rückgewinnung feiner Partikel wertvoller Mineralien, die andernfalls verloren gehen könnten, ist ein weiterer wichtiger Vorteil.
Konferenz mit 200 Vorträgen
Bei der Optimierung der Effizienz von gewebten oder nicht gewebten Filtermedien geht es im Wesentlichen darum, ein perfektes Gleichgewicht zwischen der Fähigkeit des Materials, Staub oder andere Partikel aufzufangen und festzuhalten und seinem Druckabfall (seinem Widerstand gegenüber der Luft, der Flüssigkeit oder dem Gas, das durch das Material geleitet wird) zu erreichen.
Es gibt viele Parameter, die dies beeinflussen können – ebenso wie eine potenziell endlose Reihe möglicher Gewebekonstruktionen – und es werden weiterhin intensive Forschungen und Versuche durchgeführt, um dieses Gleichgewicht zu optimieren. Das ist auch jeweils grundlegendes Thema an der Filtech-Konferenz. Auf der Veranstaltung 2024 wurden viele neue Konzepte zur Optimierung der Filtereffizienz vorgestellt: von der Individualisierung von Hochleistungsmembranen auf der Nanoskala bis hin zum Einsatz von KI und digitalen Zwillingen.
Trends im Bereich Filtermedien
Bei den Filtermedientrends war besonders auffällig, dass die Integration von Nanofaserpartikeln und -vliesen in Vliesstoffe immer mehr an Bedeutung gewinnt und die Verwendung nachhaltiger Rohstoffe als
Alternative zu Kunststoffen ein wichtiges Thema war.
Technologiehersteller von Nanofasern wie Elmarco und Inovenso erforschen mit ihren Kunden die Einführung von erneuerbaren Rohstoffen und umweltfreundlichen Lösungsmitteln bei der Herstellung von elektrogesponnenen Nanofasern, um diese beiden Aspekte miteinander zu verbinden.
Zu den vielversprechenden neuen Rohstoffen gehören PETG – ein kostengünstiges Polyesterderivat als umweltfreundliche Alternative zu PET, das die Verarbeitung mit fluorierten Lösungsmitteln überflüssig macht – sowie Polymilchsäure (PLA) und Polycaprolacton (PL). Natürliche Zellulose wird jetzt auch zu ultrafeinen Fasern mit einer Grösse von nur 300 Nanometern elektrogesponnen, die eine geringe Wärmeausdehnung aufweisen und dennoch leicht und stabil sind. Chitosan ist ein weiteres biobasiertes Polymer mit hervorragenden Wasseraufnahmeeigenschaften, das zur Bildung von Hydrogelen verwendet wird.
Es werden auch umweltfreundliche Lösungsmittel entwickelt, um giftige oder aus der Petrochemie stammende Substanzen beim Elektrospinnen zu ersetzen.
Nanofasern in den Vliesstoff integrieren
Zu den bedeutenden Vliesstoffentwicklungen, die auf der Filtech vorgestellt wurden, gehörte «MecNa» der Mativ-Marke Gessner. Im Gegensatz zu vielen anderen Vliesstoffen, die Schichten aus kontinuierlich elektrogesponnenen Nanofasern enthalten, zeichnen sich diese Vliesstoffe dadurch aus, dass einzelne Nanofasern direkt in der Entstehungsphase in den Vliesstoff integriert werden, um sowohl die Haltbarkeit als auch die Leistung zu verbessern. Dieses Medium wurde ursprünglich als Reaktion auf die Covid-19-Pandemie entwickelt, als eine garantierte Effizienz für kritische Filtrationsanwendungen im Gesundheitswesen unerlässlich wurde.
Eine weitere interessante Entwicklung ist «ProLine» von Hollingsworth und Vose, ein patentiertes neues Medium, das nicht nur eine unterschiedliche Dichte, sondern auch eine unterschiedliche Faserausrichtung aufweist.
Um eine höhere Schmutzaufnahmekapazität bei einem gegebenen Wirkungsgrad zu erreichen, wird ein Filtermedium in der Regel zweiphasig ausgelegt, mit einem Dichtegradienten in Z-Richtung. Das Ergebnis ist eine deutliche Verbesserung der Schmutzaufnahmekapazität und der Luftdurchlässigkeit bei einem gegebenen erforderlichen Wirkungsgrad. Durch eine wesentliche Neuanordnung der Fasern in ProLine-Medien werden sowohl eine grössere Oberfläche als auch neue Kanäle für die Aufnahme von Luft- und Flüssigkeitsverunreinigungen geschaffen.
Plissieren: Schnelleres Falten
Ein weiterer bemerkenswerter Trend ist das Plissieren von Filtermedien – ein in dieser Branche einzigartiges Verfahren, das sich immer mehr durchsetzt, da damit die Leistungsgeschwindigkeit erhöht wird. Durch das Plissieren können Filter eine grössere Oberfläche und Dichte bieten, ohne den Luftstrom zu beeinträchtigen, sodass mehr Partikel aufgefangen werden können, ohne den Druckabfall oder den Energieverbrauch zu erhöhen. Entwickler von Plissee-Technologien wie JCEM aus der Schweiz, Roth Composite Machinery aus Deutschland und A2Z Technologies aus Indien arbeiten kontinuierlich an der Verbesserung ihrer Maschinen. In Köln wurden Modelle vorgeführt, die Falten mit einer Tiefe von 24 bis 40 Millimetern in Vliesstofffilter mit einer Geschwindigkeit von über 500 pro Minute einlegen.
Termin der Filtech 2026 bekannt
Kurz: Die Anwendungen für Filtersysteme sind vielfältig. Suzanne Abetz, Geschäftsführerin von Filtech, ergänzt: «Wichtige neue Märkte für effektive Filtration in Bereichen wie der Elektrifizierung von Fahrzeugen, dem Transport und der Speicherung von Wasserstoff und der Kohlenstoffabscheidung bedeuten, dass die Industrie weiterhin die technologischen Optionen vorantreibt und erweitert.» Die nächste Messeausgabe der Filtech findet vom 30. Juni bis am 2. Juli 2026 in Köln (D) statt.
www.filtech.de
textiler Materialien und Lederstoffe.
Mechano-, Magneto-, Elektro- und Photochemie gefragt
Nachhaltigkeit:
«Top down» und «bottom up»
Nachhaltiger will jeder wirtschaften, doch was heisst das in der Praxis? Das Ziel kann in einer Senkung des Energieverbrauchs eines Standorts liegen oder in der Reduktion von Abfällen. Diese können für das Recycling sortenrein gesammelt werden, oder ein Unternehmen legt Wert auf bestimmte ISO-Zertifizierungen. Es folgen mehrere Beispiele, wie man es anpacken kann. Noch mehr findet der Besuchende auf der Ilmac 2025 in Basel.
Unternehmen A geht nach einem Topdown-Ansatz von den ISO-Normen mit den Nummern 14.001 und 50.001 aus. Gemäss der ersten dieser Normen wird ein, zunächst abstraktes, Verfahren festgelegt, ein Zyklus von der Festlegung von Umweltzielen über deren Umsetzung und Kontrolle bis zur Erarbeitung von Verbesserungsvorschlägen. Konkreter wird es mit der ISO 50.001 mit ihrer umfangreicheren Liste obligatorischer und dokumentierter Informationen. Darin enthalten sind zum Beispiel Energieplanung, Energie-Ausgangsniveau und Energieleistungsindikatoren. Pi mal Daumen ist die ISO 14.001 für kleine und mittlere Unternehmen geeignet und die ISO 15.001 für grosse, doch kommt es auf den Einzelfall an.
Noch nachhaltiger mit fluorreduziertem Elektrolyten: Batterietechnik der Zukunft für die Automobilität. (Bild: Shutterstock)
Umsetzung in betriebliche Massnahmen
Ein Guter Tipp
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Unternehmen B steckt tiefer im ChangeProzess. Konkrete Vorschläge und Handlungsanweisungen liegen auf dem Tisch. Interne Arbeitsgruppen haben eine Umstellung der Beleuchtung ganzer Standorte auf LEDs als eine zielführende Massnahme vorgegeben. Solarpaneelen sollen auf die Dächer und an die Wände. Aus den vielen Kompressoren in der Produktion will man zukünftig Wärme rückgewinnen, flüssige Abfälle eindampfen und die Fuhrparklogistik auf weniger Einzelfahrten trimmen.
Ausgangspunkt: betriebliche Praxis
Unternehmen C setzt direkt bei der betrieblichen Praxis an und hat für seine Pharmaproduktion eine neue Kugelmühle angeschafft, um von den Vorteilen der Mechanochemie zu profitieren. Die Reaktanden stossen mit Mahlkörpern zusam -
men und werden dadurch aktiviert. Die Reaktion zum Wirkstoff erfolgt ohne Lösungsmittel bei hoher Energieeffizienz und CO2-Einsparung gegenüber konventionellen Verfahren.
Von der Mechanochemie zur Photochemie: Vielseitige Katalysatoren können heute niederenergetisches Licht in hochenergetisches
Paradebeispiel für nachhaltige Mechanochemie: Kugelmühle für lösungsmittelfreie Reaktionen. (Bild: Shutterstock)
Komplexes Werk – viele Stellschrauben: Reichlich Chancen bieten sich der Chemieindustrie für ein nachhaltigeres Wirtschaften. (Bild: Shutterstock)
umwandeln und damit Reaktionen initiieren und am Laufen halten. Neu ist dabei: Es geht auch ohne Edelmetalle und Seltene Erden und stattdessen zum Beispiel mit Molybdän. Dadurch wird das nachhaltigere Katalyseverfahren endlich auch kostengünstig. Mit magnetischen Feldern wiederum lassen sich die Strömungen in flüssigkeitsführenden Leitungen beruhigen, energiefressende Turbulenzen vermeiden und laminare Strömungen aufrechterhalten. Global liegt das Energieeinsparpotenzial dieser Anwendung der Magnetochemie bei bis zu 10 Prozent.
Sowohl in der Ausstellung als auch in vertiefenden Vorträgen informiert die Ilmac Basel 2025 breit über Möglichkeiten zu einem nachhaltigeren Wirtschaften und zu einer «grüneren» Chemie. (Bild: MCH Group)
Ganz oben im Nachhaltigkeitsranking bewegt sich zurzeit die Elektrochemie – speziell wegen der Bedeutung von Lithium-Metall-Batterien für eine kohlendioxidneutrale Mobilität der Zukunft. Allerdings weisen diese Batterien selbst einen gewaltigen CO2-Fussabdruck auf. Drastisch liesse er sich womöglich mit einem Verfahren der ETH Zürich senken, mit dem die Menge des Fluors im Elektrolyten auf ein Zwanzigstel reduziert wird. Das Branchenevent Ilmac in Basel gibt seinen Besucherinnen und Besuchern in puncto Nachhaltigkeit eine klare Orientierung. An drei Tagen präsentieren die Aussteller, was heute technisch möglich ist, und beraten Unternehmen, wie sie an dieses wichtige Zukunftsthema am besten herangehen. Vertiefen lässt sich das in der Ilmac Conference. Ein attraktives Programm in Zusammenarbeit mit der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft greift das Thema «Nachhaltigkeit» in mehreren hochkarätigen Keynotes auf. Für interessierte ausstellende Unternehmen bietet sich eine Teilnahme am Ilmac Preview-Event am 3. April 2025 bei Syngenta in Basel an.
Ilmac Basel 2025
Datum: 16. bis 18. September 2025 (Dienstag bis Donnerstag)
Öffnungszeiten: 9 bis 17 Uhr
Special Event: Ilmac Party am 16. September ab 17 Uhr in Halle 2.0 (Details auf www.ilmac.ch)
Ort: Messe Basel, Halle 1.0
Veranstalterin: MCH Messe Schweiz (Basel) AG info@ilmac.ch www.ilmac.ch
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Modulare Bauweise schafft Flexibilität
Reinraumanlage – langfristige Übergangslösung
Als Reinraumstandort ist Gemü Schweiz das Service- und Kompetenzzentrum der Gemü-Gruppe für hochwertige Kunststofflösungen mit Reinraumanforderungen. Mit seinen High-Purity-Produkten aus technischen und Fluorkunststoffen für die Bereiche Semiconductor, Medical, Pharma, Food und Biotech verzeichnet das Unternehmen ein kontinuierliches Wachstum und plant eine Kapazitätserweiterung in einem zusätzlichen Werk. Bis zur Fertigstellung der neuen Produktionsstätte wurde als mittelfristige Übergangslösung in einer angemieteten Halle ein Reinraum mit einer Fläche von über 500 Quadratmetern eingerichtet.
Am Produktionsstandort Emmen werden auf einer Fläche von über 5300 Quadratmetern unter reinen Bedingungen nach ISO 8 bis ISO 6 Ventile und Baugruppen für die Pharmaindustrie, Mikroelektronik, Solar- und Halbleiterindustrie sowie für die Medizintechnik gefertigt. Aufgrund der Wachstumsstrategie der Gemü-Gruppe, stösst das Werk an seine Kapazitätsgrenzen und eine umfangreiche Erweiterung des Produktionsstandortes ist geplant. Der Reinraum ist in Modulbauweise konzipiert und kann bei Bedarf ab- und wieder aufgebaut werden.
Erweiterung der Produktionsstätte in Emmen
Die erste Stufe der Werkserweiterung soll 2030 abgeschlossen sein, bis dahin muss Gemü eine Zwischenlösung für den erhöhten Platzbedarf in der Reinraumfertigung bereitstellen. In unmittelbarer Nähe des Standorts konnte eine zusätzliche Halle angemietet werden, in der weitere 500 Quadratmeter Reinraum nach ISO 8 erstellt wurden. Das neu installierte Reinraumsystem soll idealerweise später an den neuen Standort verlagert werden und besteht aus einer modularen Bauweise, die flexibel und zerstörungsfrei umgebaut werden kann.
Adrian Schilling, Operations Manager der Gemü GmbH in Emmen, erläutert die Planung für die nächsten Jahre: «Wir brauchten eine mittelfristige Lösung, um unsere Produktionskapazitäten für die
1 Schilling Engineering GmbH
nächsten Jahre zu erweitern, bevor wir in die neuen Räumlichkeiten des bestehenden Werkes umziehen können. Zu diesem Zweck haben wir eine Halle angemietet, in der die gefertigten Ventile und Baugruppen für die Halbleiterindustrie unter Reinraumbedingungen ISO 8 montiert und verpackt werden. Für unsere Kunden mit ihren Anwendungen und Anforderungen dürfen bei der Reinheit der Produktion keine Abstriche gemacht werden. Deshalb haben wir in der angemieteten Halle sozusagen eine perfekte Übergangslösung geschaffen. Im Idealfall wollen wir die Reinraumanlage im zukünftigen Werk weiter nutzen, deshalb haben wir nach einem flexiblen Modulsystem gesucht, das wieder abgebaut und weiterverwendet werden kann.»
Freitragender Reinraum mit 16 Meter langen Fachwerkträgern
Der Reinraum von Schilling Engineering entspricht der modernen Produktionsum -
gebung von Gemü. Auf einer Länge von 35 Metern und einer Breite von 16 Metern ist eine zusammenhängende Fläche ohne Stützen entstanden, die eine sehr flexible Gestaltung der Arbeitsplätze und Prüfungen ermöglicht. Die freitragende Konstruktion in dieser Grösse wurde mit 16 Meter langen Fachwerkträgern realisiert, die der Reinraumspezialist in seinem Werk im baden-württembergischen Wutöschingen vorfertigte und in einem Stück per Sondertransport nach Emmen lieferte.
Vollverglaste Umluftwände, die die gesamte Front einnehmen, beleuchtete LED-Türen mit intuitiver Benutzerführung und eine Beleuchtung aus flächenbündig integrierten LED-Streifen verstärken den modernen Eindruck. Adrian Schilling ist sichtlich zufrieden mit Funktion und Optik der neuen Reinraumanlage: «Das System entspricht präzise unseren Anforderungen und Wünschen. Wir haben die technische Konzeption und Auslegung der Reinraum -
Der Reinraum ist in Modulbauweise konzipiert und kann bei Bedarf ab- und wieder aufgebaut werden.
Iris Dörffeldt ¹
Der freitragende Reinraum bietet eine zusammenhängende Fläche von 481 Quadratmeter.. (Bilder: Gemü/Schilling)
anlage in enger Abstimmung mit dem Verkaufsteam und den Projektleitern von Schilling geplant. Die Pläne wurden eins zu eins umgesetzt und unsere Produktion ist ohne Probleme angelaufen. Die Komplettlösung und die Qualität des Reinraums haben uns beeindruckt. Mich freut auch, dass der Reinraum wirklich super aussieht. Ein Kundenbesuch macht auf diese Art und Weise doppelt Spass, da man dem Kunden von aussen alles im Detail zeigen kann, ohne den Reinraum betreten zu müssen. Hier hatten wir in der Vergangenheit noch Defizite.»
Die Reinraumklasse ISO 8 wird mit insgesamt 27 Reinluftunits erreicht, die die Frischluft direkt aus der Halle ansaugen und einem energieeffizienten Umluftverfahren zuführen. Die Klimatisierung erfolgt über einen Kaltwassersatz, der im Aussenbereich der Halle aufgestellt wurde.
Die Steuerung des Reinraumsystems erfolgt über das Multifunktionstool CRControl, mit dem alle Funktionen im Reinraum, die Türen und die Klimatechnik gesteuert und überwacht werden. In der
In der Reinraumanlage «CleanCell 4.0» nach ISO 8 werden Kunststoffteile für hochreine Anwendungen montiert und verpackt.
Steuerung ist gleichzeitig ein ISO-Monitoring integriert. Für eine schnelle und flexible Hilfe im Störungsfall wurde eine gesicherte Fernwartung über das Internet eingerichtet.
Personaleinschleusung für 60 Mitarbeitende
Im neuen Reinraum arbeiten bis zu 60 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in drei Schichten. Das Personal betritt den Reinraum mit Kittel, Reinraumschuhen und Haube. Für eine schnelle und ergonomische Einschleusung wurden 35 m² Schleusenfläche eingeplant. Schleuseneinrichtung und Mobiliar wurden ebenfalls von Schilling Engineering geliefert. Die Personalschleusen sind mit Vollglastüren mit LED-Visualisierung ausgestattet. Die Farbgebung der gegenseitig verriegelten Türen signalisiert dem Personal, wann eine Tür geöffnet werden kann. Neben der Personalschleuse wurde eine 12 m² grosse Materialschleuse installiert, die Platz für bis zu sechs Europaletten bietet und über automatische Schiebetüren betreten und bestückt werden kann.
Neun Monate vom Auftrag bis zur Inbetriebnahme
Die gesamte Reinraumanlage wurde innerhalb weniger Monate geplant, gefertigt, installiert und qualifiziert. Der Umzug in die neue Anlage konnte ohne Verzögerung erfolgen. Adrian Schilling freut sich über den erfolgreichen Projektverlauf: «Der zeitliche Ablauf des Projektes war sehr gut. Da alle erforderlichen Leistungen aus einer Hand kamen, waren die Abstimmungen einfach. Vom Zeitpunkt der Bestellung bis zur endgültigen Inbetriebnahme haben wir neun Monate gebraucht. Damit waren wir sehr zufrieden und lagen voll im Zeitplan.»
Der Aufbau der Reinraumanlage wurde mit Kamera und Drohnenaufnahmen begleitet. Mit dem QR-Code geht es zu einem 2,5minütigen Video.
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Schmierstoffanalysen erhöhen die Produktivität
Warum Schmierstoffe mehr Beachtung verdienen
Durch regelmässige Schmierstoffanalysen mit dem digitalen Service «LuCA» (Lubricant Condition Analysis) von Klüber Lubrication können Produktionsanlagen effizient und zuverlässig überwacht werden. Diese Massnahmen ermöglichen eine frühzeitige Erkennung von Wartungsbedarf und helfen, ungeplante Stillstände zu vermeiden. Damit lässt sich die Anlagenverfügbarkeit sicherstellen und langfristig die Betriebskosten reduzieren.
Schmierstoffe – unverzichtbare Maschinenelemente
Schmierstoffe sind genauso essenziell wie Wälzlager oder Zahnräder, wenn es um die Funktionalität und Langlebigkeit von Produktionsanlagen geht. Sie alle unterliegen Verschleiss und erfordern regelmässige Wartung oder Austausch. Dabei steckt hinter jedem dieser Maschinenelemente ein durchdachtes Engineering, das ihre optimale Leistung sicherstellt. Es ist entscheidend, Schmierstoffe als gleichwertige Bestandteile zu betrachten, um die Effizienz und Zuverlässigkeit moderner Maschinen zu gewährleisten.
In der Industrie ist die Verfügbarkeit von Anlagen entscheidend für einen sicheren und reibungslosen Betrieb. Um Ausfallzeiten zu minimieren, ist eine kontinuierliche Überwachung und rechtzeitige Analyse der verwendeten Schmierstoffe und Bauteile
Die Vorteile auf einen Blick
– Längere Laufzeiten: Optimierte Schmierstoffe tragen zur Verlängerung der Lebensdauer Ihrer Anlagen bei.
– Verlängerte Nachschmierintervalle: Durch präventive Wartung reduziert sich der Wartungsaufwand.
– Höhere Anlagenverfügbarkeit: Zuverlässige Anlagenführung bedeutet mehr Betriebssicherheit und weniger ungeplante Stillstände.
unerlässlich. Klüber Lubrication bietet durch gezielte Laboruntersuchungen eine fundierte Grundlage für Optimierungsempfehlungen.
Analysen für Anlagenverfügbarkeit
Die präzisen Zustandsuntersuchungen ermöglichen es, frühzeitig zu erkennen, wann Schmierstoffe oder Bauteile ausgetauscht werden sollten. So werden grösse -
re Schäden verhindert, ungeplante Stillstände vermieden und letztlich die Betriebskosten durch effizientere Wartungsmassnahmen gesenkt.
Digitale Zustandsanalyse mit LuCA
Der digitale Service LuCA analysiert Schmierfette und Öle sowohl chemisch als auch physikalisch. Damit wird der Schmierzustand kontinuierlich überwacht. Dies ist besonders wichtig, da Schmierstoffe im Laufe der Zeit aufgrund von Belastungen und Umwelteinflüssen an Leistungsfähigkeit verlieren.
Durch die Integration in das ServiceOnline-Portal «Efficiency Manager» bleiben alle relevanten Informationen zu Anlagen, Maschinen und Wartungsaktivitäten jederzeit im Blick. LuCA liefert wertvolle Einblicke in den «Gesundheitszustand» Ihrer Schmierstoffe und Maschinen. Die Laboranalysen und Inspektionen vor Ort bieten klare Informationen darüber, wann Schmierstoffwechsel erforderlich sind.
Historische Daten und Trendanalysen bieten Unterstützung dabei, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und gezielte Wartungsstrategien zu entwickeln. Dies ermöglicht eine optimale Planung von Wartungsintervallen und reduziert das Risiko ungeplanter Stillstände.
Über den digitalen Service LuCA (Lubricant Condition Analysis) kann ein kontinuierliches Monitoring erfolgen, womit sich Trends über die Zeit ermitteln lassen. (Bilder: Klüber)
Effizienter und zeitsparender Analyseprozess – Einfache Online-Anfragen: Analyseanfragen werden direkt an das «Klüber Lubrication Labor» gesendet.
– Fehlerfreie Probenentnahme: Dank eindeutiger Barcode-Zuordnung wird die Probenentnahme präzise und fehlerfrei durchgeführt.
– Automatische Erinnerungen: Der digitale Betriebs- und Prüfplan informiert rechtzeitig über anstehende Probenentnahmen.
Parameter und Ergebnisse, wie etwa die Gesamtkeimzahl, die Viskosität, der Wassergehalt und der Gesamtsäuregehalt, lassen sich über einen Barcode eindeutig einer bestimmten Schmierstoffanalyse zuordnen.
Effizienter und zuverlässiger Prozess
Die Analyseberichte werden automatisch zugeordnet und bieten flexible Trendaussagen sowie individuelle Berichte für festgelegte Zeiträume. Durch die Integration in ein TPM-Serviceportfolio (Total Productive Maintenance) profitiert der Anlagenbetreiber von einem ganzheitlichen Ansatz. Dieser umfasst nicht nur Schmierstoffanalysen, sondern auch andere relevante Dienstleistungen, die die bestehende digitale Serviceplattform ergänzen.
Effizienz steigern, Stillstände vermeiden
So werden dank der Schmierstoffzustandsanalyse von Klüber Lubrication rechtzeitig präventive Massnahmen eingeleitet. Damit verhindern Sie ungeplante Stillstände und erhöhen die Effizienz von Produktionsanlagen nachhaltig.
Klüber Lubrication AG (Schweiz) Thurgauerstrasse 39 CH-8050 Zürich
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Shimadzu feiert sein 150-jähriges Bestehen
Visionen werden Realität – seit 1875
In diesem Jahr wird die Shimadzu Corporation, ein Pionier in der wissenschaftlichen Instrumentierung und Technologie, ihr 150-jähriges Bestehen feiern. Gegründet 1875 in Kyoto von Genzo Shimadzu, begann das Unternehmen mit der Herstellung von physikalischen und chemischen Lehrinstrumenten. Diese bescheidenen Anfänge legten den Grundstein für eine beeindruckende Geschichte voller Innovationen und technologischer Fortschritte, die bis heute anhält.
Die Geschichte von Shimadzu ist eng mit dem Namen Genzo Shimadzu verbunden, der nicht nur als Gründer, sondern auch als Visionär gilt. Inspiriert von der Idee, Japan als führende Nation in der Wissenschaft zu etablieren, begann er Geräte zu entwickeln, die nicht nur für den Unterricht, sondern auch für die Forschung von Bedeutung waren. Sein Engagement für die Wissenschaft zeigte sich besonders in der ersten erfolgreichen bemannten Ballonfahrt Japans am 6. Dezember 1877, die er mit einem von ihm selbst konstruierten Ballon durchführte. Dieses Ereignis erregte landesweites Aufsehen und stellte das Selbstbewusstsein der Stadt Kyoto wieder her, die nach dem Verlust ihres Status als Hauptstadt an Bedeutung eingebüsst hatte. Die Philosophie von Shimadzu, «durch Wissenschaft und Technik einen Beitrag
zur Gesellschaft leisten», wurde von Genzo begründet und von seinem Sohn Genzo Jr. weitergetragen. Genzo Jr. übernahm nach dem Tod seines Vaters im Jahr 1894 die Führung des Unternehmens und unter seiner Leitung entwickelte sich Shimadzu zu einem der renommiertesten Hersteller von Analysegeräten weltweit. Die Einführung von Röntgentechnologie in Japan und die Entwicklung der ersten medizinischen Röntgengeräte sind nur einige der vielen Errungenschaften, die das Unternehmen in den folgenden Jahrzehnten prägten. Im Laufe der Jahre hat Shimadzu zahlreiche Innovationen hervorgebracht, die heute als Standard in der Branche gelten. Das Firmenmotto «Excellence in Science» spiegelt die Verpflichtung des Unternehmens wider, höchste Qualität in Technologie und Kundenservice zu bieten. Bereits 1882 wurde im ersten Produktkatalog von Shimadzu der Servicegedanke betont: Das Unternehmen sei bereit, «was auch immer der Kunde wünscht», zu produzieren. Diese kundenorientierte Haltung ist bis heute ein zentraler Bestandteil der Unternehmensphilosophie.
Das Shimadzu Foundation Memorial Museum in Kyoto, das die Geschichte des Unternehmens dokumentiert, ist ein weiterer Beweis für das Engagement von Shimadzu für Bildung und Wissenschaft. Hier können Besucher zahlreiche Exponate bewundern, die die Entwicklung des Unternehmens und die Lebensgeschichten von Genzo und Genzo Jr. illustrieren. Von der Holzdrehbank, die Genzo von seinem Mentor Gottfried Wagener erhielt, bis hin zu den ersten Röntgengeräten und wissenschaftlichen Modellen – das Museum bietet einen faszinierenden Einblick in die Geschichte der Naturwissenschaften in Japan.
6. Dezember 1877: Mit seiner Ballonfahrt gibt Gründer Genzo Shimadzu den Urimpuls für eine durch Innovation geprägte Unternehmensgeschichte. (Bilder: Shimadzu)
Die Innovationskraft von Shimadzu zeigt sich auch in der Vielzahl an Patenten, die im Laufe der Jahre angemeldet wurden. Genzo Jr. wurde als einer der zehn grössten Erfinder Japans ausgezeichnet und registrierte in seinem Leben 178 Patente. Seine Erfindungen, darunter die ersten elektrischen Induktionsmotoren und die ersten Röntgenaufnahmen in Japan, haben nicht nur die wissenschaftliche Gemeinschaft, sondern auch die Industrie nachhaltig beeinflusst. Heute, 150 Jahre nach der Gründung, ist Shimadzu ein global agierendes Unternehmen mit über 14 000 Mitarbeitern, das sich weiterhin der Herausforderung stellt, durch Wissenschaft und Technologie einen positiven Beitrag zur Gesellschaft zu leisten. Diese Philosophie wird von den Mitarbeitern weltweit gelebt und ist der
Genzo Shimadzu legte den Grundstein für eine beeindruckende Geschichte voller Innovationen und technologischer Fortschritte.
Antrieb für die kontinuierliche Weiterentwicklung und Innovation.
Im Rahmen der Feierlichkeiten zum 150-jährigen Bestehen hat Shimadzu ein
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Visualisierung von Labordaten mit Excel 6.–7.5.25
spezielles Jubiläumslogo präsentiert, das von Mitarbeitern aus Japan und dem Ausland entworfen wurde. Das Logo, das einen Ballon darstellt, symbolisiert den Pioniergeist und die unermüdlichen Bemühungen des Unternehmens, neue Herausforderungen anzunehmen und Innovationen voranzutreiben.
Die Reise von Shimadzu ist ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie Visionen Realität werden können. Mit einem klaren Fokus auf die Bedürfnisse der Gesellschaft und einem unerschütterlichen Engagement für Exzellenz in der Wissenschaft wird das Unternehmen auch in Zukunft eine Schlüsselrolle in der Entwicklung neuer Technologien und Lösungen spielen, die das Leben der Menschen verbessern.
• Alle Methoden werden mit praktischen Beispielen illustriert und direkt am PC geübt. Kein mathematischer Formalismus.
• Ort: online oder Basel, oder firmenspezifisch.
• Sprache: Deutsch; Französisch/Englisch auf Anfrage.
Statistische Versuchsplanung und Optimierung am PC
Teil A: 8.–9.5.25: Einführung, Screening, Modellierung, fraktionierte faktorielle und Optimierungspläne, grafische Analyse.
Teil B: 17.–18.6.25: Optimierung von mehreren Zielgrössen (Design Space) und von Formulierungen, eigene spezifizierte Experimente. Prozessoptim. und -überwachung für PAT 12.–13.5.25
Q-Control Single-Use Pumpe
•Der einzige gammasterilisierbare Coriolis-Durchflussmesser
•Gammastabil bis 50 kGy
•USP Class VI, USP 661 und USP 788 konform
•Sensorgrössen von 1/8“ bis 1“ erhältlich
•Messbereich von 7 g/min bis 100 kg/min
• Genauigkeit ±1%des gemessenen Durchflusses
Die Ballonfahrt Genzo Shimadzus vor 150 Jahren war auch ein Ereignis für die Stadt Kyoto und gab ihr nach dem Verlust des Status als Hauptstadt neues Selbstvertrauen.
Quattroflow
16,7%
Mit einem Anteil von 16,7 % Weltklasse-Patenten an allen Chemie- und Pharmapatenten liegt die Schweiz auf Rang 1 bezüglich Forschungsaktivität –vor UK (13,6 %) und USA (13,4 %).
CheManager
RÜMPFE
MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
Besiedlung von Schiffsoberflächen mit Meeresorganismen erhöhen den Strömungswiderstand so sehr, dass der Treibstoffverbrauch eines Schiffs um bis zu 60 Prozent steigt. Forschende entwickelt deswegen spezielle Oberflächen, die es den Organismen ungemütlich machen.
www.ruhr-uni-bochum.de
Muscheln und Seepocken siedeln neben Bakterien und Algen gerne auf Schiffsrümpfen. (Bild: Roberto Schirdewahn)
WILDBIENEN
LIEBEN STEINBRÜCHE
Forschende haben die Bedeutung von Kalksteinbrüchen für den Wildbienenschutz untersucht. Dabei stellten sich vielfältige Landschaften mit starker Vernetzung zwischen Steinbrüchen und Magerrasen als wertvoll heraus. Steinbrüche mit viel Gebüsch hatten dagegen eine geringere Artenvielfalt. Gefährdete Bienenarten traten häufiger in grossflächigen Steinbrüchen auf.
www.uni-goettingen.de
10 KEIME AUF 1 CM 2
Kupfer und Silber haben eine leichte antibakterielle Wirkung, weshalb man auf Münzen weniger Keime als auf Geldscheinen findet. Auch bei Banknoten spielt das Material eine Rolle: Baumwollscheine wie (Euro, US-Dollar) tragen mehr Keime als polymer-basierende Noten (Neuseeland-Dollar). Trotzdem: Die Zahl von Keimen ist mit 10 Bakterien pro cm2 auch auf US-Dollar-Noten überraschend gering.
https://news.rub.de
FAKE-BIODIESEL AUS CHINA GENE DER WALDERDBEERE
Der Import chinesischen Fake-Biodiesels und der Betrug bei Upstream-Emissions-Reduktionsprojekten haben der deutschen Biokraftstoffbranche geschadet.
«Es geht auch um die Dekarbonisierung des Stahls, der Chemie, viele andere Bereiche. Und wenn man dort in Zukunft keine Kohle mehr einsetzt, um den Stahl herzustellen, sondern erneuerbaren Wasserstoff, dann kommt irgendwann aus China billiger Stahl mit dem entsprechenden Zertifikat. Da haben hiesige Produzenten keine Chance.»
Claus Sauter, Vorstand Verbio
SCHÜTZEN VOR
KÄLTE
Durch den Klimawandel fällt es der Landwirtschaft schwerer, die fehlende Widerstandsfähigkeit der Nutzpflanzen durch Düngung und Feldpflege aufzufangen. Wildarten mit höherer Resilienz geraten deshalb vermehrt in den Fokus.
www.kit.edu
Um Zuchterdbeeren widerstandsfähiger gegen späten Frost zu machen, haben Forschende Gene identifiziert, welche die Kältetoleranz erhöhen. (Bild: PantherMedia /Arpad Radoczy)
Neue Untersuchungen: Einblick in die Bindungen zwischen Wassermolekülen
Flüssige Wassermoleküle sind asymmetrisch
Eisberge schwimmen auf Wasser, 4 Grad kaltes Wasser sinkt auf den Grund: Wasser gibt mit seinen Anomalien auch heute noch Rätsel auf. Forschende am Max-Planck-Institut für Polymerforschung haben die Bindungen zwischen Wassermolekülen und seinen Nachbarn in der flüssigen Phase untersucht – und einen wichtigen Baustein für das Verständnis der Struktur von Wasser entdeckt.
Eisberge schwimmen auf Wasser, denn das darunter liegende, flüssige Wasser hat eine höhere Dichte als der Eisberg. Flüssiges Wasser selbst hat seine höchste Dichte bei 4 Grad – eine der vielen sogenannten Anomalien des Wassers, also Eigenschaften von Flüssigkeiten, die so nur selten zu finden sind.
Warum dies so ist, ist schon lange Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. Forschende am Max-Planck-Institut für Polymerforschung haben jetzt einen weiteren Baustein entdeckt, der Einblicke in das besondere Verhalten von Wasser gibt.
Eine Billion mal pro Sekunde gebrochen und neu gebildet
Viele der besonderen Eigenschaften von Wasser beruhen auf den speziellen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Wassermolekülen – den sogenannten Wasserstoffbrückenbindungen. Jedes Wassermolekül kann zwei dieser Bindungen ausbilden (eine von jedem Wasserstoffatom) und zwei von anderen, benachbarten Molekülen aufnehmen. Anders als in Eis, werden diese Bindungen in flüssigem Wasser im Schnitt eine Billion mal pro Sekunde gebrochen und wieder neu gebildet, so dass sich die Wassermoleküle dichter packen lassen und sich sehr schnell bewegen können. Durch die schnelle Bewegung der Wassermoleküle in der Flüssigkeit könnte man vermuten, dass die Stärke der einzelnen Bindungen zu seinen Nachbarn rein zufällig ist.
Das Team um Gruppenleiter Johannes Hunger hat jedoch festgestellt, dass die Wasserstoffbrücken nicht einfach zufällig ausgebildet werden, sondern je zwei Bindungen eines Moleküls unterschiedlich stark sind: Ist eine Bindung sehr stark –das heisst das erste Nachbar-Wassermo -
lekül sehr nah – ist die zweite Wasserstoffbrücke schwach – das heisst das zweite Nachbar-Wassermolekül weiter entfernt.
Struktur folgt bestimmten Regeln
Hierdurch ergibt sich in der eigentlich molekular ungeordneten Flüssigkeit eine Struktur: Hangelt man sich von einem Wassermolekül weiter zum nächsten und zum übernächsten, gibt es immer ein stark gebundenes Nachbarmolekül. Dadurch können in der Flüssigkeit Strukturen wie zum Beispiel Ringe oder Ketten aus Wassermolekülen entstehen. Die Struktur von flüssigem Wasser ist somit nicht nur eine zufällige Anordnung von einzelnen Wassermolekülen, sondern folgt bestimmten Regeln.
Die Forschenden haben, um zu diesen Ergebnissen zu gelangen, Wasser mit einem Lösemittel verdünnt, sodass sie einzelne, isolierte Wassermoleküle untersuchen konnten. Mit Hilfe von Lasern haben sie einzelne Atome der Wassermoleküle zum Schwingen gebracht und untersucht, wie sich die einzelnen Schwingungen gegenseitig beeinflussen. Somit konnten sie die Stärke einzelner Wasserstoffbrückenbindungen und gleichzeitig die Stärke der benachbarten Bindung vermessen.
Die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte Studie trägt dazu bei, in Zukunft die Anomalien des Wassers auch auf molekularer Ebene umfassend zu verstehen.
www.mpip-mainz.mpg.de
Die Bindungen zwischen benachbarten Wassermolekülen sind nicht rein zufällig verteilt: Neben einer starken Bindung ist eine schwache Bildung. Dies könnte ein Baustein sein, um Anomalien von Wasser zu erklären. (Bild: MPI-P)
Betonrecycling
CO2 dauerhaft in Mischwasser speichern
Die Betonwirtschaft muss zirkulärer werden. Neue Massstäbe setzen jetzt zwei Schweizer Unternehmen, die 14 neu entwickelte Speicheranlagen für Mischwasser in Betrieb nehmen: Der Baustoffhersteller Holcim und Neustark, Spezialist für die CO2-Speicherung in mineralischen Abfallströmen.
Luca Meister
Die Technologie wurde 2023 im Betonwerk Avenches (VD) getestet und überzeugte durch die autonome Funktionsweise und den geringen zusätzlichen Arbeitsaufwand für das Werkspersonal. Rafael Chocomeli, Marktleiter bei der Holcim Kies & Beton AG, sagt: «Das Verhältnis von Aufwand und Ertrag ist bei diesem Verfahren hervorragend und ergänzt das bereits bestehende Verfahren der CO2-Speicherung im Abbruchmaterial ideal, um den Fussabdruck des Baustoffs weiter zu verbessern.» Und dies ist zwingend erforderlich, denn mit über einer Milliarde Tonnen pro Jahr ist Abbruchbeton der weltweit grösste Abfallstrom.
Nach dem Erfolg des Pilotprojekts wird die Lösung nun an mehreren Holcim-Standorten in der ganzen Schweiz eingesetzt. Weitere Anlagen sind in Deutschland, Italien und Frankreich geplant. Die neue Lösung
Am Ende ihres Lebenszyklus werden Gebäude abgerissen . . .
. . . worauf der Abbruchbeton von einem Recycler transportiert, weiter gebrochen und gesiebt wird
Neutralisierung von Mischwasser und CO 2 -Speicherung in Frischbeton: Innenleben der Neustark-Anlage am Holcim-Standort in Avenches (VD). (Bild: Holcim)
zur dauerhaften Speicherung von CO2 in Mischwasser, das bei der Reinigung der Gerätschaften zur Betonherstellung entsteht, sei gemäss Medienmitteilung ein be -
Baustoffrecycler
Mit der Technologie von Neustark wird Abbruchbetongranulat mit CO2 angereichert. Ein Mineralisierungsprozess wird ausgelöst, der das CO2 in Gestein umwandelt.
Das CO 2 ist dauerhaft gespeichert.
Der Recycler kann das mit CO2 angereicherte Betongranulat nach dem üblichen Verfahren weiterverwenden . . .
Biogasanlage
Das CO2 wird eingefangen und verflüssigt, . . .
. . . um es danach zu einem Baustoffrecycler zu transportieren
So funktioniert die Mineralisierungstechnologie von Neustark. (Grafik: Neustark)
deutender Schritt zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele des Unternehmens. Holcim hat sich bis 2030 zum Ziel gesetzt, seine Netto-CO2-Emissionen pro Kubikmeter Beton in der Schweiz um fast 40 Prozent zu senken. Neustark will, ebenfalls bis 2030, eine Million Tonnen CO2 in mineralischen Abfallströmen dauerhaft speichern. Dessen Anlagen können je nach Standort zwischen 40 und 200 Tonnen CO2 im Jahr speichern.
Bauschutt in Kohlenstoffsenke verwandeln
Zur Gewinnung des CO2 arbeitet Neustark mit Biogasanlagen (der Biomethan-Produktion) zusammen, die das CO2 durch einen Prozess namens Biogasaufbereitung von Methan trennen. Mithilfe der in der Anlage installierten Technologie wird das hochreine CO2-Abgas aufgefangen und verflüssigt. Anschliessend wird es zu nahegelegenen Standorten transportiert und versenkt. Dabei arbeitet das 2019 gegründete Unternehmen mit Baustoffrecyclern zusammen, um seine Mineralisierungstechnologie in deren Anlagen unterzubringen.
Die Karbonatisierungsreaktion
Bei der Kohlendioxidmineralisierung handelt es sich um einen Prozess, bei dem CO2 mit Alkalimetallen reagiert und feste Karbonatmineralien bildet:
Pumpe (1) entnimmt Wasser aus Restwasserbecken; gasförmiges CO 2 (2) wird beigefügt; im Mischer (3) wird die GasFlüssigmischung zur Reaktion gebracht; im Tank (4) wird übriges CO 2 aufgefangen – dadurch wird die Regelung des CO 2 -Flusses ermöglicht; Wasser und Feststoffe zirkulieren in mehreren Zyklen durch die Anlage bis zur maximalen CO 2Aufnahme und Neutralisation des Restwassers (5). (Grafik: Neustark)
Abgebrochener Betonzuschlagstoff enthält hydratisierte Zementphasen. Diese hydratisierten Zementphasen stehen in Kontakt mit Wasser, z. B. Porenwasser –und befinden sich somit in einem FestFlüssig-Gleichgewicht. Ein Teil des hydratisierten Zements ist im Wasser gelöst und liegt daher als Ionen vor. Da in diesem Wasser auch CO2 gelöst ist, fallen neue Mineralien aus, die eine geringere Löslichkeit aufweisen als die hydratisierten Zementphasen. So entsteht Calciumcarbonat (CACO3).
Somit durchlaufen das CO2 und der hydratisierte Zement eine chemische Umwandlung und es entsteht Gestein. Diese sogenannte Karbonatisierungsreaktion von 1 kg CO2 setzt Wärme frei, sodass die Temperatur von 1000 kg Beton um etwa 2,5 ° C ansteigt.
CACO3 gilt als eine der dauerhaftesten Methoden zur Kohlenstoffbindung. Erst Temperaturen über 600 ° C oder sehr starke Säuren können die Freisetzung von CO2 auslösen. Dadurch wird sichergestellt, dass das CO2 im Beton gespeichert bleibt, selbst wenn dieser nach der Wiederverwendung wieder abgerissen wird.
Doch wie wird das CO2 in die fein zerkleinerten Abbruchbetongranulate injiziert? Das Mischwasser aus dem Restwasserbecken wird durch eine Pumpe zur Anlage geführt und anschliessend in einem statischen Mischer mit biogenem CO2 in Kontakt gebracht. Dort reagiert das CO2 mit den Zementphasen im Wasser. Durch den beschleunigten Mineralisierungsprozess, ausgelöst durch die Neustark-Technologie, verwandelt sich das CO2 in Kalkstein und wird an die Poren und die Oberfläche der Abbruchbetongranulate gebunden. Dies geschieht parallel zum bestehenden Pro -
zess des Recyclers zur Aufbereitung von Abbruchabfällen zum Strassenbau oder zur Herstellung von frischem Recyclingbeton. Dabei wird darüber hinaus das stark alkalische Wasser neutralisiert – und kann nach der Anreicherung erneut für die Herstellung von Beton genutzt werden. Der Mineralisierungsprozess ermöglicht eine dauerhafte CO2-Speicherung. Der Anteil des durch mineralische Karbonatisierung gespeicherten Kohlendioxids, der auch nach 1000 Jahren noch vorhanden sein wird, soll mit ziemlicher Sicherheit 100 Prozent betragen. Selbst wenn der Beton, in den das CO2 inji-
ziert wird, immer wieder abgerissen wird, gelangt das CO2 nicht in die Atmosphäre.
Eine Tonne CO2 pro Stunde
Derzeit kann Neustark pro Tonne Abbruchbeton rund 10 Kilogramm CO2 industriell und wirtschaftlich speichern – je nach Materialbeschaffenheit sind es bis zu 25 Kilogramm CO2 pro Tonne. Dieser Wert soll kontinuierlich optimiert werden. Die neueste Anlage speichert rund 1000 Kilogramm CO2 pro Stunde in Betongranulat. Zum Vergleich: Schnell wachsende Kiefern nehmen pro Jahr etwa 20 Kilogramm CO2 auf. Eine solche Anlage schafft also in einer Stunde, wofür 50 Bäume ein ganzes Jahr brauchen. Oder anders ausgedrückt: Ein Kraftwerk kann innerhalb von 24 Stunden so viel CO2 in Betonbruchgranulat speichern wie zwei mit Öl beheizte Einfamilienhäuser in der Schweiz im Schnitt ein Jahr lang ausstossen.
www.holcim.com www.neustark.com
Von diesem Tank gelangt das CO 2 in die Speicheranlage. (Bild: Holcim)
Das Gas Schwefelhexafluorid (SF6) ist ein viel stärkeres Treibhausgas als CO2. In einer Studie der Universität Wien wurden die SF6-Quellen regional zugeordnet. Demnach unterschätzen China, die USA und die EU ihre SF6-Emissionen massiv. Die gute Nachricht: Beschränkungen wie die F-Gas-Verordnung der EU zeigen Wirkung. Doch auch China und Indien sollten die Verwendung beschränken – und zwar rasch.
Das Gas Schwefelhexafluorid (SF6) hat viele gute Eigenschaften: Es ist nicht brennbar, ungiftig, ein ausgezeichneter Isolator und zerstört das stratosphärische Ozon nicht. Seit den 1990er-Jahren findet dieses fluorierte Gas (F-Gas) daher breite Verwendung vor allem als Isolator in der Hochspannungsindustrie, aber auch in der Halbleiter-Aluminium- und MagnesiumIndustrie, in Sportschuhen, doppelt verglasten Fenstern oder Autoreifen. SF6 ist aber auch das klimaschädlichste Treibhausgas, das wir bisher kennen: Sein Treibhauspotenzial ist 24 300-mal höher als jenes von CO2 und es verbleibt rund 1000 Jahre in der Atmosphäre: «Das bedeutet, dass sich das Gas in der Atmosphäre sammelt und das Klima für Hunderte von Jahren erwärmen wird – eine Treibhausgas-Zeitbombe», erklärt Martin Vojta, Meteorologe an der Universität Wien und Erstautor der im Journal Atmospheric Chemistry and Physics publizierten SF6Studie. «Die jährlichen globalen SF6-Emissionen entsprechen in ihrer Klimawirkung jetzt schon ungefähr den jährlichen CO2Emissionen von Italien», führt Vojta aus.
Die Hochspannungsindustrie – im Bild eine elektrische Schaltanlage – ist ein Haupteinsatzgebiet von SF6. (Bild: Wikimedia Commons – Dingy, I. GIS 420kV. Licensed under CC BY-SA 3.0)
Internationales Register
Theoretisch weiss man über SF6-Emissionen bestens Bescheid: Dem Kyoto-Protokoll gemäss müssen Länder ihren Treibhausgas-Ausstoss melden, darunter auch die SF6-Emissionen; diese werden in ei -
nem internationalen Register eingetragen. Nationale Emissionen werden hierfür mit Hilfe sogenannter Emissionsfaktoren statistisch hochgerechnet; diese basieren aber auf Schätzungen und sind oft sehr unsicher. Dies liegt auch daran, dass SF6-
Jährliche a priori (gestrichelte Linien) und a posteriori (durchgezogene Linien) SF6-Emissionen in Gigagramm pro Jahr, aggregiert für alle EU-Länder im Zeitraum zwischen 2005 und 2021, bei Verwendung verschiedener a priori-Emissionen für die inverse Modellierung (die rote UNFCCC-ELE Linie basiert auf den Berichten an die UN, die blaue GAINS- und die orange EDGAR-Linie kennzeichnen Hochrechnungen renommierter Organisationen). (Grafik: Martin Vojta)
Emissionen in der Regel ungeplant sind: Solange das Gas als Isolator in Transformatoren oder in der Halbleiter-, Aluminium- und Magnesiumindustrie in einem geschlossenen System bleibt, ist es unproblematisch. Es entweicht normalerweise nur bei Schäden oder unsachgemässer Handhabung und Entsorgung; wodurch sich auch die Emissionen nur schwer schätzen lassen. Zudem sind illegale Emissionen natürlich nicht berücksichtigt.
In der Studie verwendeten die Forschenden atmosphärische Messungen von Beobachtungsstationen auf der ganzen Welt – zum Beispiel in Südkorea, Barbados und Teneriffa – und berechneten anhand der Luftströmungen bis 50 Tage zurück, woher diese kamen. «Wir verfolgen das SF6 sozusagen rückwärts, mittels der so genannten inversen Modellierung, und berechnen, wie viel davon an welchem Ort freigesetzt wurde, um die Messungen zu erklären», sagt Andreas Stohl, Leiter der Studie und Experte für atmosphärische Transportprozesse an der Universität Wien.
Lücke zwischen Theorie und Realität
Der Schwerpunkt des «Reality Checks» lag auf Europa, China und den USA. Die Ergebnisse bestätigen nun eine massive Lücke zwischen Theorie und Realität: In keinem der Länder stimmen die von 2005 bis 2021 gemeldeten Emissionen mit den Messungen des Treibhausgases SF6 überein. «Tatsächlich haben alle Länder ihre Emissionen massiv unterschätzt, und zwar teilweise um mehr als die Hälfte», erklärt Stohl.
Allerdings gibt es auch gute Nachrichten: In Europa und den USA gingen die SF6Emissionen zwischen 2005 und 2021 stark zurück. So sanken die Emissionen in den USA von insgesamt 1250 Tonnen auf 480 Tonnen im Jahr 2021; wobei die tatsächlichen Emissionen durchschnittlich doppelt so hoch wie die offiziell gemeldet liegen. In der EU sanken die tatsächlichen SF6-Emissionen von 410 Tonnen (2005) auf 250 Tonnen (2021) pro Jahr. EU-weit wurde 2005 jedoch zirka 40 Prozent mehr SF6 an die Atmosphäre abgegeben als offiziell gemeldet, wobei die Lücke zwischen offizieller und tatsächli -
Das globale Netzwerk der SF6-Messtationen hat noch grosse Lücken, die es zu schliessen gilt. (Bild: Martin Vojta)
cher Emission bis 2021 deutlich kleiner wurde. Im Durchschnitt emittierten die USA und EU zusammen über diesen Zeitraum hinweg rund 80 Prozent mehr SF6 als angegeben.
Ein deutlicher Rückgang fand zwischen 2017 und 2018 statt, als die F-Gas-Verordnung der EU aus dem Jahr 2014 in Kraft trat beziehungsweise umgesetzt wurde. Dies Verordnung regelt neben SF6 auch die Emissionen von Fluorkohlenwasserstoffen. «Damit zeigt sich einmal mehr, dass Vorschriften im Umweltbereich auch tatsächlich wirken, ein erfreuliches und auch politisch wichtiges Ergebnis», sagt Stohl, der an der Universität Wien das Institut für Meteorologie und Geophysik sowie das interinstitutionelle Forschungsnetzwerk «Vinar» (mit der Geosphere Austria) leitet.
Emissionen Chinas vervierfacht Weniger erfreulich ist hingegen der globale Trend: Im Gegensatz zur EU und den USA vervierfachten sich die Emissionen Chinas von 1280 Tonnen im Jahr 2005 auf 5160 Tonnen im Jahr 2021 – alleine schon dieser Anstieg machte den Rückgang in den USA und der EU mehr als wett. «Wir brauchen also in China, aber auch in Indien und anderen ostasiatischen Ländern dringend strenge Vorschriften, um den globalen Anstieg zu begrenzen», fordert Stohl.
Um auch global ein besseres Bild zu erhalten, wäre es zudem wichtig, weitere Mess-
stationen dort zu errichten, wo sie derzeit noch fehlen, beispielsweise in Indien, Afrika oder Südamerika. Sowohl Stohl als auch Vojta sind sich einig, dass mehr getan werden muss, um eine bessere Überwachung in diesen Regionen zu gewährleisten. «So kämen wir zu wesentlich genaueren Ergebnissen und könnten die regionalen Emissionen dieses Treibhausgases noch genauer einschätzen», erklärt Vojta.
www.univie.ac.at
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Fossilfreie Herstellung von industriellem Prozessdampf
Wärmepumpen machen Dampf
Wenn in einem Industriebetrieb kontinuierlich Abwärme anfällt und gleichzeitig Prozessdampf benötigt wird, bestehen günstige Voraussetzungen für den Einsatz einer dampferzeugenden Wärmepumpe. Eine Forschungsgruppe der Ostschweizer Fachhochschule hat die Erfolgsbedingungen für diese energieeffiziente und klimafreundliche Form der Wärmebereitstellung untersucht.
Benedikt Vogel ¹
Die wachsende Verbreitung der Wärmepumpen in den letzten zwei Jahrzehnten liegt auch darin begründet, dass moderne Neubauten Heiztemperaturen von lediglich 25 bis 30 ° C benötigen. Wärmepumpen stellen solche Heizwärme mit hoher Effizienz – also geringem Strombedarf –bereit. In den letzten Jahren haben die Wärmepumpen-Hersteller indes auch Lösungen auf den Markt gebracht, die weit höhere Temperaturen meistern. Eine Reihe von Geräten stellt Dampf im Bereich von 100 bis 165 °C bereit, wie er in Industriebetrieben gebraucht wird. Unter Beizug eines Dampfkompressors kann man diese Temperaturen sogar noch überbieten, muss dafür aber zusätzliche Energie aufwenden, was die Effizienz des Gesamtprozesses mindert.
Dampferzeugende Wärmepumpen arbeiten insbesondere dann effizient, wenn sie kontinuierlich eine vergleichsweise warme Wärmequelle von 50 und mehr Grad nutzen können. Das ist in vielen Industriebetrieben möglich, wo Abwärme beispielsweise bei der Kühlung entsteht und bislang ungenutzt an die Umwelt abgegeben wird. Ein typisches Beispiel sind Destillationsprozesse etwa in Nahrungsmitteloder Pharmaunternehmen. Hier braucht man Wärme zum Destillieren und Kälte zum Kondensieren. Die Abwärme aus der Kühlung kann von einer Wärmepumpe zur Dampfproduktion genutzt werden. Auf dem Weg lassen sich fossile Energieträger wie Öl und Erdgas klimafreundlich substituieren.
1 im Auftrag des Bundesamts für Energie (BFE)
Seit 2024 ist im norwegischen Trondheim eine Ammoniak-Wärmepumpe in Betrieb, die in einem Werk für Tierfutter 120-grädigen Dampf mit einer Leistung von 1,6 MW bereitstellt. (Bild: Aneo Industry)
Dampf aus lauwarmem Wasser Wärmepumpen werden in der Schweiz bisher nicht zur Bereitstellung von industriellem Prozessdampf genutzt. Im Ausland gibt es bereits gute Beispiele für diese energieeffiziente Wärmeproduktion. So nutzt im norwegischen Trondheim die
Tierfutter-Firma Felleskjøpet Agri seit 2024 ein zweistufiges Wärmepumpen-System mit kombiniertem Kreislauf, um 120-grädigen Dampf bereitzustellen. In der ersten Stufe produziert eine Wärmepumpe unter Einsatz des natürlichen Kältemittels Ammoniak 85-grädigen Wasser-
Vereinfachte Darstellung des Destillationsprozesses bei DSM Nutritional Products: Der Prozessdampf wird bis anhin von einem zentralen Gaskessel bezogen, der Dampf bei 160 Grad und 6 bar erzeugt. (Grafik: Schlussbericht IntSGHP)
Drei Wege, wie Wärmepumpen Dampf erzeugen
(Illustration: Schlussbericht IntSGHP)
Geschlossener Kreislauf: So funktionieren die meisten Wärmepumpen, die auf dem Markt sind. Sie nutzen ein Kältemittel (rote Linien, links), das in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Dieses ist so gewählt, dass es verdampft, wenn es die Wärme der Wärmequelle (z.B. industrielle Abwärme) aufnimmt. Der Dampf wird mit einem elektrisch angetriebenen Kompressor verdichtet und auf eine höhere Temperatur gebracht. Diese hohe Temperatur wird in einem Wärmetauscher zur Dampferzeugung genutzt. Dabei kondensiert das Kältemittel und strömt an den Ausgangspunkt zurück. Vor-/Nachteile: Die Technologie ist aus der Heizwärmeerzeugung gut erprobt. Allerdings gibt es nur eine begrenzte Zahl von Kältemitteln, deren kritische Temperatur (Verdampfungstemperatur) für die Dampferzeugung hoch genug ist, also mind. die benötigten 105 ° C aufweist.
Offener Kreislauf: Hier wird kein extra Kältemittel verdampft und komprimiert, sondern das geschieht direkt mit Wasser (blaue Linien, Mitte). Damit Wasser die Wärme der Wärmequelle durch Verdampfen aufnehmen kann, braucht es eine Umgebung mit Unterdruck. Anschliessend hebt ein Kompressor die Temperatur des Wasserdampfs an. Ein Dampfkompressor schafft eine Temperaturerhöhung um 10 bis 20 ° C. Um z. B. von 45 ° C auf 115 ° C zu kommen, müssen ca. sechs Dampfkompressoren hintereinandergeschaltet werden. Hat der Dampf die gewünschte Temperatur, kann er als Prozessdampf eingesetzt werden.
Vor-/Nachteile: Als Kältemittel wird Wasser verwendet, das ungiftig und nicht brennbar ist. Weil Wasser als Kältemittel dient, kann ein Wärmetauscher eingespart werden, was die Systemeffizienz erhöht. Da für den Temperaturhub mehrere Kompressoren benötigt werden, ist das System teuer, wartungsintensiv und hat ein erhöhtes Ausfallrisiko. Liegt die Quelltemperatur unter 70 ° C, arbeitet eine Wärmepumpe mit offenem Kreislauf ineffizient.
Kombinierter Kreislauf: Sie bewältigt den gewünschten Temperaturhub von Quell- zu Nutztemperatur in zwei Schritten: Den ersten übernimmt eine Wärmepumpe mit geschlossenem Kreislauf, den zweiten eine Wärmepumpe mit offenem Kreislauf.
Vor-/Nachteile: Diese Lösung ist geeignet für einen grossen Temperatur-Hub, ist aber auch komplex, da sie zwei technische Systeme (klassische Wärmepumpe, Dampfkompressoren) kombiniert. Nötig ist eine Steuerung von Wärmepumpe und Dampfkompressoren, die Schwingungen im System vermeidet. Bisher gibt es wenig Erfahrungen.
dampf (der Prozess erfolgt bei Unterdruck, wo die Verdampfungstemperatur von Wasser tiefer als 100 ° C liegt). Der Wasserdampf wird anschliessend durch Dampfkompression auf 120 ° C (1,5 bar) gebracht. Als Wärmequelle dient feuchte, 30- bis 40-grädige Luft, die bei der Tierfutter-Herstellung als Abwärme anfällt. Das System aus Wärmepumpe (Aneo Industry) und Dampfkompressoren (Piller) arbeitet mit einer Effizienz, wie man sie von Wohnbauten kennt: Mit dem eingesetzten Strom
wird das Dreifache an Wärme erzeugt (COP 3). Die Anlage hat eine Leistung von 1,6 MW und produziert 2 t Dampf pro Stunde.
«Technisch ausgereift»
Dieses Beispiel könnte in der Schweiz Schule machen: Eine Gruppe aus Wissenschaftlern der Ostschweizer Fachhochschule (OST) hat in einem dreijährigen Projekt das Potenzial dampferzeugender Wärmepumpen für die Schweiz untersucht. «Unsere Studie belegt, dass derartige Wärmepumpen heute technisch ausgereift und für den kommerziellen Einsatz verfügbar sind», sagt OST-Projektleiter Frédéric Bless. Das vom BFE finanziell unterstützte Projekt wurde vor kurzem mit dem Schlussbericht beendet.
Zu den Ergebnissen gehören zwei Fallstudien, mit denen der Einsatz dampferzeugender Wärmepumpen in bestehenden Industriebetrieben beispielhaft untersucht wurde. Die erste Untersuchung betrifft eine 2014 erbaute Produktionsstätte von UCB Farchim in Bulle (FR). Das BiotechUnternehmen benötigt für einen Destillationsprozess Dampf (110 ° C, 1,5 bar), der bis anhin mit einem Gaskessel erzeugt wird. Die OST-Forschenden konnten mit einer Pinch-Analyse (siehe www.pinch.ch) und weiteren Simulationen zeigen, dass der Dampf mit einer Wärmepumpe energieeffizient und umweltfreundlich bereitgestellt werden könnte.
Dampf für Destillationsprozess
Die Forschenden schlugen dafür eine Wärmepumpe mit kombiniertem Kreislauf vor, bestehend aus einer Ammoniak-Wärmepumpe (500 kW, 0,8 t Dampf pro Stunde) und zwei Dampfkompressoren. Als Wärmequelle würde in Bulle 25-grädige Abwärme genutzt. Es ist das gleiche Anlagenkonzept, das in der oben erwähnten Tierfutter-Fabrik in Trondheim realisiert wurde.
Für die Effizienz des Systems berechneten die OST-Forscher einen COP von 2,9. UCB Farchim zögerte seinerzeit bei der Anschaffung der Wärmepumpe, weil die Technologie noch nicht erprobt war, insbesondere nicht das kontrollierte Zusammenspiel von Wärmepumpe und Dampfkompressor. Als Alternative schlugen die OST-Forschenden eine Lösung vor, bei der
zwei Wärmepumpen eines Schweizer Herstellers mit geschlossenem Kreislauf in Kaskade geschaltet werden; die erste nutzt als Kältemittel Ammoniak, die zweite Butan. Diese Lösung ist etwas weniger effizient als der ursprüngliche Vorschlag und setzt das brennbare Butan ein, was besondere Brandschutzmassnahmen erforderlich macht. Aber die Anlage stammt von einem einzigen Hersteller und ist damit «aus einem Guss». Beide Varianten liegen USB Farchim jetzt zum Entscheid vor.
Direkt von 45 auf 115 Grad
Die zweite Fallstudie rechnete das OSTTeam für DSM Nutritional Products durch. Die Firma stellt in Sisseln (AG) Lebensmittelchemikalien her. Dafür nutzt sie ebenfalls einen Destillationsprozess, der 115-grädigen Dampf benötigt, der bislang mit einem Holzheizkessel produziert wird. Da in diesem Werk Abwärme bei 45 ° C zur Verfügung steht, empfahlen die OST-Experten aufgrund ihrer Berechnungen eine Wärmepumpe mit offenem Kreislauf. Das heisst, das 45-grädige Wasser wird bei Unterdruck verdampft und dann durch acht Dampfkompressoren schrittweise auf 115 ° C gebracht. Für die Effizienz des Verfahrens wurde ein COP von 3,3 berechnet. Nach Auskunft der OST-Forschenden ist die Lösung technisch umsetzbar, mit geschätzten 730 000 Euro Investitionskosten aber teurer als eine Lösung mit Holz (370 000 Euro) oder Biogas (550 000 Euro). Dem stehen tiefere Betriebskosten der Wärmepumpen-Lösung gegenüber,
Damit ein Kältemittel zur Dampferzeugung eingesetzt werden kann, muss dessen Temperatur mind. 5 Grad höher liegen als die Prozesstemperatur. Übersicht der jeweiligen Nachteile wie Brennbarkeit, Giftigkeit, Erderwärmungspotenzial und Ozonpotenzial. (Tabelle: Schlussbericht IntSGHP)
zudem kann die Firma hier noch anderweitig profitieren: Sie kann nicht nur Dampf erzeugen, sondern hat auch eine willkommene Verwendung für ihre Abwärme, die bislang in den Rhein abgeführt wird. Die Nutzung des Rheins für Kühlzwecke ist mit Blick auf die Fischbestände jedoch umstritten. So dürfen Firmen den Fluss im Sommer zeitweise nicht zur Kühlung nutzen, um die Fische nicht zu gefährden. Wird die Abwärme in den Betrieben selber genutzt, tritt dieses Problem nicht mehr auf.
Trend zu natürlichen Kältemitteln
Die Autoren stellen mit ihrer Studie auch vertiefende Informationen zu dampferzeugenden Wärmepumpen bereit. So listen sie auf, welche Wärmepumpen zur Dampferzeugung heute auf dem Markt angebo -
ten werden, und sie geben eine Übersicht über die eingesetzten Kältemittel. Dazu hält der Projekt-Schlussbericht fest: «Es existiert kein perfektes Kältemittel für dampferzeugende Wärmepumpen. Die wichtigsten zukunftssicheren Optionen sind natürliche Kältemittel R600 (n-Butan), R600a (Iso-Butan), R717 (Ammoniak) und R718 (Wasser) und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFO): HCFO-R1233zd(E), HFOR13336mzz(Z). All diese Kältemittel haben kein (oder nur ein geringes) Ozonabbaupotenzial und ein niedriges Treibhauspotenzial, darüber hinaus hat jedes seine Vor- und Nachteile» (vgl. Tabelle).
Trotz Hürden glaubt Frédéric Bless an den Einsatz von Wärmepumpen im industriellen Umfeld: «Dampferzeugende Wärmepumpen sind heute noch teurer als fossile Systeme zur Dampferzeugung, aber sie bieten Industriebetrieben einen Hebel für eine klimafreundliche Produktion», sagt der Wissenschaftler. Die grösste Hürde, die Unternehmen bisher vom Einsatz dieser Dekarbonisierungstechnologie abhält, sieht Bless bei fehlenden Beispielen, die den verlässlichen Langzeitbetrieb dieser Form der Wärmeerzeugung demonstrieren: «Wir brauchen in der Schweiz Demonstrationsanlagen mit einem mehrjährigen Monitoring, das die Verlässlichkeit dieser Anlagen unter Beweis stellt. So erhalten Firmen, die heute mit der Umstellung noch zögern, einen Nachweis, dass die Technologie funktions- und betriebstüchtig ist, der für den internen Entscheidungsprozess massgeblich sein kann.»
Liste der Hersteller von Wärmepumpen, die Dampf bei 120 und mehr Grad bereitstellen. (Tabelle: Schlussbericht IntSGHP)
www.bfe.admin.ch
Entfernen von Mikroverunreinigungen im Wasser
Nanoröhren fangen Steroidhormone
Steroidhormone gehören zu den verbreitetsten Mikroverunreinigungen im Wasser, sie schaden der menschlichen Gesundheit und stören das ökologische Gleichgewicht von Gewässern. Am Karlsruher Institut für Technologie (D) haben Forscherinnen untersucht, wie der Abbau von Steroidhormonen in einem elektrochemischen Membranreaktor mit Kohlenstoffnanoröhren-Membran funktioniert.
Menschen weltweit mit sauberem Wasser zu versorgen, gehört zu den grossen Herausforderungen der Gegenwart und Zukunft. In Abwässern finden sich verschiedene Mikroverunreinigungen, das heisst organische und anorganische Stoffe, die in geringen Konzentrationen auftreten, sich aber dennoch schädlich auf Mensch und Umwelt auswirken. Besondere Risiken gehen von endokrin wirksamen Substanzen aus, also solchen, die sich auf das Hormonsystem auswirken können, wie beispielsweise Steroidhormone. Diese sind unter anderem in Arzneimitteln und Empfängnisverhütungsmitteln weit verbreitet. Im Wasser lassen sie sich schwer nachweisen, können aber die Gesundheit des Menschen und das ökologische Gleichgewicht von Gewässern empfindlich stören.
Oxidation ermöglicht Abbau von Mikroverunreinigungen
Mit herkömmlichen Methoden der Wasseraufbereitung lassen sich Steroidhormone weder aufspüren noch entfernen. Als fortschrittlicher Ansatz ist die elektrochemische Oxidation (EO) zunehmend anerkannt: EO-Systeme bestehen aus einer
Anode und einer Kathode, angeschlossen an eine externe Stromquelle. Die elektrische Energie der Elektroden wird verändert (moduliert), was zu einer Oxidation an der Anodenoberfläche führt und die Verunreinigungen abbaut. Elektrochemische Membranreaktoren (EMR) nutzen die Möglichkeiten der EO noch wirksamer: Als Durchflusselektrode dient eine leitende Membran, was den Stofftransport verbessert. Überdies sind aktive Stellen für die reagierenden Moleküle vollständig zugänglich.
Einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften
Forscherinnen am Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben zusammen mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an der University of California, Los Angeles, und an der Hebrew University of Jerusalem nun die schwer verständlichen Mechanismen in EMR weiter aufgeklärt: Wie die Forschenden in der Sonderausgabe «Water Treatment and Harvesting» der Fachzeitschrift Nature Communications berichten, untersuchten sie
den Abbau von Steroidhormon-Mikroverunreinigungen in einem EMR mit Kohlenstoffnanoröhren-Membran. KohlenstoffNanoröhren (Carbon Nanotubes, CNT) weisen Durchmesser im Nanometerbereich auf und besitzen einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften: «Ihre hohe Leitfähigkeit ermöglicht einen effizienten Elektronentransfer», erklärt Andrea Iris Schäfer, Professorin für WasserVerfahrenstechnik und Leiterin des IAMT des KIT. «Dank ihrer Nanostruktur verfügen CNT über eine ausserordentlich grosse Oberfläche und damit ein enormes Potenzial für die Adsorption verschiedener organischer Verbindungen, was nachfolgende elektrochemische Reaktionen erleichtert.» In ihrer Studie untersuchten die Forschenden mit modernsten analytischen Methoden das komplexe Zusammenspiel von Adsorption und Desorption, elektrochemischen Reaktionen und der Bildung von Nebenprodukten in einem EMR. «Wir haben festgestellt, dass die vorangehende Adsorption von Steroidhormonen, das heisst deren Anreicherung an der Oberfläche der CNT, den nachfolgenden Abbau der Hormone nicht einschränkt», berichtet Dr. Siqi Liu, Postdoc am IAMT. «Dies führen wir auf die schnelle Adsorption und den effektiven Stofftransport zurück.» Der analytische Ansatz der Studie erleichtert auch das Bestimmen der den Hormonabbau begrenzenden Faktoren und sich verändernden Bedingungen. «Unsere Untersuchung klärt einige grundlegende Mechanismen in elektrochemischen Membranreaktoren auf und liefert wertvolle Erkenntnisse, um elektrochemische Strategien zur Beseitigung von Mikroverunreinigungen im Wasser weiterzuentwickeln», fasst Schäfer zusammen.
www.kit.edu
Dr. Siqi Liu forscht an elektrochemischer Oxidation und Membrantrennung zur Wasseraufbereitung. (Foto: KIT)
Sauerstoff-
Elektrisches Potenzial verwandelt Oberflächen
Sie sind hoch selektiv und lassen sich leicht vom Reaktionsgemisch trennen: Einzelatomkatalysatoren vereinen die Vorteile homogener und heterogener Katalyse. Bisher ist ihre Herstellung in der Regel mit Edelmetallen verbunden, die auf einer Festkörperfläche verankert werden. Forschende in Deutschland zeigen jetzt, dass sich solche Strukturen auch elektrochemisch bilden können – selbstständig und ohne Edelmetalle.
Birte Vierjahn ¹
MXene sind eine Klasse zweidimensionaler Materialien, die 2011 entdeckt wurde. Theoretische Studien sagten bisher voraus, dass sie in anodischen Prozessen nicht katalytisch aktiv sind. Diese These konnten Forschende an der Universität Duisburg-Essen nun per Multiskalenmodellierung widerlegen. Sie fanden heraus: Legt man ein elektrisches Potenzial an MXene an, verändert sich ihre Oberfläche zu einer bürstenähnlichen Struktur: Atome unedler Metalle wandern heraus und bilden sogenannte «SAClike structures» (Single Atom Catalysts-like = ähnlich Einzelatomkatalysatoren). Diese vermitteln zwei wichtige Reaktionen: die Sauerstoff- und die Chlorgasentwicklung. So entsteht ein Material, dessen Oberfläche ohne die Zugabe von Edelmetallen katalytisch aktive Stellen aufweist. «Wir konnten daraus schliessen, dass sich MXene in einer elektrochemischen Umgebung ähnlich wie Enzyme verhalten: Durch das Anlegen eines elektrischen Potenzials entstehen ihre aktiven Stellen direkt im Prozess», erklärt Prof. Dr. Kai S. Exner, Leiter der Theoretischen Katalyse und Elektrochemie der Universität Duisburg-Essen.
Ein angelegtes elektrisches Potenzial verwandelt die MXene-Oberfläche: Unedle Metallatome treten hervor und bilden «SAC-like structures» – aktive Zentren für die Sauerstoff- oder Chlorgasentwicklung. (UDE/AG Exner)
Erleichterte Herstellung von Einzelatomkatalysatoren
Das Team konnte ausserdem zeigen, dass die entstandenen Strukturen selektiv arbeiten: Befinden sich Wasser und Chloridionen gleichzeitig in der Reaktionsumgebung, findet ausschliesslich die Chlorgasentwicklung statt. Diese ist ein zentraler Prozess in der chemischen Industrie, der weltweit jährlich über 70 Millionen Tonnen Chlorgas (Cl2) liefert. Cl2 wird unter anderem zur Herstellung von Medikamenten, Kunststoff und Batterien sowie zur Aufbereitung von Wasser benötigt. Steht der aktiven MXeneOberfläche lediglich Wasser zur Verfügung, setzt sie hingegen Sauerstoff (O2) frei –ein wichtiger Schritt für die Bildung von
grünem Wasserstoff in einem Elektrolyseur. Diese Entdeckung kann die Herstellung von Einzelatomkatalysatoren deutlich erleichtern. Der Verzicht auf teure Edelmetalle reduziert zudem Kosten und Abhängigkeiten.
An der Studie waren auch Forschende der Universität Barcelona sowie des Ruhr Explores Solvation, einem Exzellenzcluster der Universitätsallianz Ruhr, beteiligt. Ihre Erkenntnisse, publiziert in der Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society, eröffnen neue Wege für die einfachere, nachhaltigere Produktion von katalytisch aktiven Materialien.
Neues Eisen aus altem Bergbauschlamm
Forschenden der TU Bergakademie Freiberg gelang es, aus Bergbauschlämmen und -abwässern Eisen und Zink zu gewinnen und die Reste zu einem Baustoff weiterzuverarbeiten. Dass der innovative Prozess funktioniert, bewiesen die Chemiker in einer Pilotanlage. Im ehemaligen Bergbaugebiet sickern eisenhaltige Wässer und mehr als 13 000 Kubikmeter Schlamm in einen künstlich angelegten Bach, den «Roten Graben» bei Freiberg (D). Was bisher als Altlast angesehen und aufwendig ausbaggert und deponiert werden muss, wird im neuen Verfahren durch eine Filterpresse gepumpt und entwässert. «Mehrere Membranen filtern die festen Bestandteile ab und entfernen in einem weiteren
Schritt enthaltene Schwermetalle», erklärt Professor Martin Bertau vom Institut für Technische Chemie an der TU Bergakademie Freiberg. Es entsteht sauberes Wasser und ein Restschlamm.
Um aus diesen Resten Eisen und Zink zu gewinnen, nutzen die Forschenden ein etabliertes Verfahren. Dadurch kann der Gesamtprozess wirtschaftlich betrieben werden. «Das Material kann in einem Hüttenbetrieb eingesetzt werden, der daraus Eisen und Zink herstellt», erklärt Projektmitarbeiter Dr. Michael Kraft. Dabei sammeln sich die Schadstoffe Arsen, Blei und Cadmium im Elektrofilter und können sachgerecht entsorgt werden, was zudem ein Umweltproblem löst. Selbst den verbleibenden
Hat der Bergbauschlamm das Verfahren durchlaufen, entsteht sauberes Wasser und ein Restschlamm. (Bild: TU Freiberg)
mineralischen Rückstand verwerten die Chemiker. «Den können wir in Geopolymerbaustoffe verwandeln, indem wir ihn mit gebranntem Ton und Natronlauge versetzen – auch als Abflussfrei bekannt», sagt
Kraft. Klimafreundliche Zementalternative Geopolymere sind Bindemittel, die in ihrer Zusammensetzung natürlichen Mineralien nachempfunden sind. Ihre Eigenschaften kommen Zement gleich oder übertreffen diesen. Aus dem Grubenschlamm lassen sich zum Beispiel Ziegel herstellen, die sich unbegrenzt recyceln lassen. Durch die Technologie zur Nutzung der Grubenschlämme werden nicht nur Deponieflächen geschont. Rund acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen gehen auf Zement zurück, die sich mit dem Einsatz von Geopolymeren um 80 Prozent reduzieren lassen.
https://tu-freiberg.de
Von wegen «Wau-Wau» – Babys erkennen komplexe Tonfolgen
Forschende aus Wien, Zürich und Tokio haben beobachtet, dass Babys bereits kurz nach der Geburt komplexe Abfolgen von Tönen erlernen können, die (wie in der Sprache) Regeln folgen. Damit ist der lange ausstehende Beweis gelungen, dass die Fähigkeit, Abhängigkeiten zwischen nicht-benachbarten akustischen Signalen wahrzunehmen, angeboren ist. Die Forschungsgruppe hat die Hirnaktivität von Neugeborenen und sechs Monate alten Babys beim Hören komplexer Tonfolgen beobachtet. Wenige Tage alten Babys wurden Tonsequenzen vorgespielt, in denen jeweils ein erster Ton mit einem nicht-benachbarten dritten Ton verknüpft war. Nach nur sechs Minuten Beschallung mit zwei verschiedenen Arten von
Tonsequenzen wurden Tonsequenzen mit demselben Muster, jedoch in einer anderen Tonhöhe vorgespielt. Die neuen Sequenzen waren korrekt oder enthielten einen Fehler in der Abfolge. Die Gehirnsignale, die mittels Nahinfrarotspektroskopie gemessen wurden, verrieten, dass das neugeborene Gehirn zwischen korrekten und inkorrekten Sequenzen unterscheiden konnte.
Töne aktivieren sprachrelevante Netzwerke im Gehirn. (Bild: Envato)
Dabei spielte der frontale Kortex eine entscheidende Rolle. Wie stark dieser auf fehlerhafte Sequenzen reagierte, hing jedoch mit der Aktivierung eines vorwiegend linkshemisphärischen Netzwerks zusammen, das auch für die Sprachverarbeitung wichtig ist. Babys im Alter von sechs Monaten zeigten eine Aktivierung in genau diesem Netzwerk, wenn sie zwischen korrekten und inkorrekten Sequenzen unterschieden. Die Forschenden schliessen daraus, dass komplexe Tonfolgen von Anfang an sprachrelevante Netzwerke aktivieren, die sich im Verlauf der ersten sechs Lebensmonate stabilisieren und spezifischer reagieren.
Die Ergebnisse zeigen, dass unser Gehirn von Anfang an auf komplexe Muster wie Sprache reagiert. Die Vernetzung von Hirnarealen während des Lernprozesses bei Neugeborenen deutet darauf hin, dass frühe Lernerfahrungen entscheidend für die Bildung von Netzwerken sein könnten, die später die Verarbeitung komplexer akustischer Muster unterstützen. Die Erkenntnisse zeigen auch, dass nicht-sprachliche akustische Signale sprach-relevante Netzwerke im Gehirn ansprechen, was Möglichkeiten für die frühe Sprachförderung eröffnet – z. B. durch Musik. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift PLOS Biology veröffentlicht.
www.univie.ac.at
Sie machten Genf zur Hauptstadt der Parfümchemie
In Genf wurde Geschichte im Bereich der Parfümchemie geschrieben. Die Stadt wird nun als historische Stätte der Chemie ausgezeichnet. Für ihren entscheidenden Beitrag erhalten die Duftstoff- und Aromahersteller DSM-Firmenich und Givaudan das Chemical Landmark.
Genf ist die Wiege und Hauptstadt der weltweiten Parfümchemie. Entscheidend dazu beigetragen haben zwei Unternehmen: DSM-Firmenich und Givaudan. Für ihre bedeutende Rolle in der Parfümchemie erhalten sie jetzt gemeinsam das «Chemical Landmark» der Akademie der Naturwissenschaf-
ten Schweiz (SCNAT). Mit diesem Preis zeichnet die SCNAT Wirkungsstätten in der Schweiz aus, die für die Chemie historisch bedeutend sind. Duftstoffe für Parfümikonen
In der Garage von Charles Firmenich in Genf richteten der Chemiker Philippe Chuit und der Unternehmer Martin Naef 1895 das erste Parfümlabor ein und gründeten eine Firma zur Herstellung synthetischer Parfüms und Aromen. Im selben Jahr eröffneten die Brüder Léon und Xavier Givaudan in Zürich ein Labor für die Produktion von Duftstoffen, zogen aber schon 1898 nach Vernier bei Genf. Mithilfe von Erkennt-
DSM-Firmenich und Givaudan leisteten bei der Analyse, Synthese und Produktion von Duftstoffen Pionierarbeit. (Bild: Givaudan)
nissen und Verfahren der aufkommenden organischen Chemie leisteten beide Firmen in den kommenden Jahren Pio -
nierarbeit bei der Analyse, Synthese und Produktion von Duftstoffen. So entschlüsselte Leopold Ružicka die Struktur von Muscon, der Hauptkomponente des von Parfümeuren begehrten Moschus. Für seine Arbeit an Terpenen, zu denen Moschus gehört, erhielt er 1939 den Nobelpreis für Chemie.
DSM-Firmenich und Givaudan gehören heute zu den weltweit führenden Unternehmen in der Duftstoff- und Aromenindustrie, deren Kreationen unzählige ikonische Parfüms prägen.
http://chemicallandmarks.ch
Schnell und präzis – Mikrotiterplatte für die Laboranalytik
Mehr Effizienz, Tempo und Präzision bei Laboranalysen sowie ein drastisch reduzierter Materialverbrauch: Mit einer fortschrittlichen Mikrotiterplatte ermöglicht es ein deutsches Spin-off, gleich bis zu vier klassische Probenträger zu ersetzen.
Die exakte Aussage über die Zusammensetzung und Konzentration von Proben ist zum Beispiel bei der Entwicklung von Medikamenten und Wirkstoffen entscheidend. Bei der
Qualitätssicherung im Hochdurchsatzverfahren werden bislang Mikrotiterplatten aus hochwertigen Kunststoffen als standardisierte Probenträger verwendet, die anschliessend entsorgt werden. Um diesen Ressourcenverbrauch im Labor zu reduzieren, aber auch um die Analysen zu beschleunigen, hat Phabioc, ein Spin-Off aus dem Karlsruher Institut für Technologie die «Specplate», eine fortschrittliche Mikrotiterplatte, entwickelt. «Durch ihre
geschlossenen, stufenartigen Messkammern ermöglicht die Mikrotiterplatte vier unabhängige Messungen in jeder Probe», erklärt Dr. Carsten Radtke, Mitgründer des Jungunternehmens. «Das bedeutet bis zu 75 Prozent weniger Verbrauch an Labormaterialien und eine Verkürzung der Prozesszeit um zwei Drittel. Das ermöglicht Laboren schnellere, kostengünstigere und nachhaltigere Analysen.»
Für eine Messung verwendet die Specplate nur eine kleine Menge an Probenmaterial –gerade einmal 36 Mikroliter werden benötigt. Die spezielle Bauweise sorgt dafür, dass die Flüssigkeit präzise die Messkammern füllt und keine Messfehler durch ungenaue Pipettierung oder durch die Form der Flüssigkeitsoberfläche entstehen können. Durch die unterschiedlichen Kammern sind auch Messungen in
einem breiten Konzentrationsbereich möglich, ohne dass Verdünnungen notwendig sind. «Besonders vorteilhaft ist die Kompatibilität mit Industriestandards, etwa bei automatisierten Pipettiersystemen und Auslesegeräten, sogenannten Plate Readern», betont Radtke. Die Einlässe der Messtrukturen sowie die Messkammern befänden sich entsprechend präzise im Raster marktüblicher Mikrotiterplatten. Dies ermöglicht eine nahtlose Integration in etablierte Laborsysteme und Prozesse. «Mit unserer Technologie setzen wir auf die marktüblichen Lösungen, adressieren aber deren Fehleranfälligkeit und Einschränkungen. Daher sehen wir in unserem Produkt einen besseren Standard.» Die Serienproduktion startet jetzt.
www.kit.edu
https://phabioc.com
Genauigkeit von Liquid-Handling-Systemen überprüfen
CSEM und Hamilton haben ein System zur routinemässigen Überprüfung der Genauigkeit automatisierter Liquid-Handling-Systeme entwickelt. Die mikrofluidische Platte hat das CSEM erfunden, die optische Analyse und Roboterintegration hat Hamilton entwickelt.
Tausende Labore in der Pharmaindustrie, der Diagnostik und den Biowissenschaften setzen bei HochdurchsatzScreenings und -Testverfahren auf automatisierte LiquidHandling-Systeme. Beim Dosieren kleiner Volumina von nur wenigen Mikrolitern ist präzises und genaues Pipettieren von grösster Bedeutung – zur Einhaltung gesetzlicher Vorgaben, zur Gewährleistung der Reproduzierbarkeit und zur Vermeidung kostspieliger Wiederholungen von Experimenten aufgrund von Unstimmigkeiten.
«Ein einfaches, schnelles System zur Qualitätskontrolle kann dies schaffen und das Vertrauen in die Zuverlässigkeit der Pipettierstation sicherstellen», sagt Samantha Paoletti,
Mikrofluidik-Technologie in Kombination mit optimaler Bildanalyse gewährleistet präzises und genaues Pipettieren. (Bilder: Hamilton)
Leiterin am CSEM. Die Idee für ein solches System wurde vom CSEM konzipiert, patentiert und anschliessend in Zusammenarbeit mit Hamilton weiterentwickelt. Das Unternehmen mit Sitz in Bonaduz (GR) hat die neue Methode zur Qualitätskontrolle unter dem Namen «Veriplate» auf den Markt gebracht. Paoletti fährt fort: «Die genaue Überwachung einer präzisen Dosierung ist für die Arbeitsabläufe in Labors immens wichtig, und das System wird diesen ent-
SBS-Platte mit 48 Kapillarschlitzen.
scheidenden Prozess verändern.»
Der Ablauf der Qualitätskontrolle ist einfach und kann von Laborpersonal durchgeführt werden: Herzstück des Veriplate ist eine SBS-Platte mit 48 Kapillarschlitzen. Das automatisierte Liquid-Handling-System ist so programmiert, dass es eine kleine Menge farbiger Prüfflüssigkeit (5 bis 10 Mikroliter) in die Schlitze pipettiert. Die abgegebene Flüssigkeit bewegt sich dann entlang der Kapillaren, wobei die zurückgelegte Strecke vom Probenvolumen abhängt.
Die Auswertung erfolgt mit einem optischen Scanner, der den Flüssigkeitsstand in den Kapillaren durch Bildanalyse bestimmt. Ein Bericht über die Richtigkeit und Präzision der abgegebenen Mengen wird dann automatisch und in Echtzeit erstellt. Die Qualitätskontrolle dauert so nur kurze Zeit und die Stillstandszeit des Pipettierroboters ist minimal.
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Mit Schweizer Know-how: Erdöl- zur Bio-Region
Der Winterthurer Spezialist für chemische Verfahrenstechnik und Strömungstechnik Sulzer fungiert als Partner von Emirates Biotech beim Aufbau der grössten Polymilchsäure-Produktion (PLA) in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Nach den derzeitigen Plänen soll die Anlage 2028 in Betrieb genommen werden und eine Kapazität von 160›000 Tonnen PLA pro Jahr herstellen. Emirates Biotech will damit nicht we -
niger erreichen, als die Rolle des Nahen Ostens als globaler Marktführer in der Biokunststoff-Industrie zu festigen. Das Unternehmen präsentierte die projektierte PLA-Anlage vom 7. bis zum 9. Januar auf der Messe ArabPlast 2025 in Dubai. Die Besucher freuten sich dabei über ein leckeres Eis in einer PLA-beschichteten und biologisch abbaubaren Papiertasse. Wasser wurde am Messestand konsequenterweise in
zu 100 Prozent biobasierten und kompostierbaren PLA-Flaschen serviert. Polymilchsäure wird aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und gilt damit als «grüne» Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen. Das Anwendungsspektrum umfasst verschiedenste Konsumgüter, Haushaltsgeräte, Verpackungen und Werkstoffe im Bereich des 3D-Drucks. Für Sulzer passt das Projekt ins Unternehmenskonzept, sieht
Klassischerweise reagiert hier alles auf der Basis von Erdöl, doch selbst in klassischen Erdölförderländern werden Biopolymere immer attraktiver – mit Schweizer Know-how in der Verfahrens- und Strömungstechnik. (Bild: Envato)
Fischer Söhne stärkt Fokus auf Life Sciences
Mit einem neuen Markenauftritt unterstreicht der Spezialist für Extrusionsblasen und Spritzgiessen Fischer Söhne seinen Fokus auf Life Science.
Das Unternehmen aus Muri ist ein führender Anbieter von individuellen Verpackungslösungen für die Life-Science-Branche. Mit langjähriger Erfahrung und umfassendem Know-how bilden die Entwicklung und Herstellung von Kunststoffverpackungen den Kern der Geschäftstätigkeit.
Das Rebranding unterstreicht die konsequente Ausrichtung auf den zukunftsorientierten Life Science-Markt und positio -
niert das Unternehmen für weiteres Wachstum, zusätzlich zum etablierten Geschäft mit Packaging Solutions aus Kunststoff. Schlüsselelement des Auftritts ist die neue Website. Im Kerngeschäft Life Sciences bietet das Unternehmen aus Muri sowohl Standard- als auch bedarfsspezifische Produkte und sichert ihre Qualität gegebenenfalls auch durch die Produktion in Reinräume der Klassen ISO-7, ISO-8 und GMP-C. Die Packa-
man sich doch mit seinen Pump-, Rühr-, Misch-, Trenn-, Reinigungs-, Kristallisationsund Polymerisationstechnologien als einen Spezialisten für die Reduktion von Kohlendioxidemissionen, die Entwicklung von Polymeren aus biologischen Quellen, das Recycling von Kunststoffabfällen und Textilien sowie für die effiziente Energiespeicherung. Im Jahr 2023 hat das Unternehmen zum Beispiel einen Auftrag für die Lieferung verschiedener Pumpen nach Kanada bekommen, um dort bei einem Projekt zur Herstellung von klimaneutralem Diesel aus lokal angebautem Raps mitzuwirken. Zum Lieferumfang gehören dabei Zentrifugalpumpen, die den hohen Druck und die hohe Temperatur gewährleisten, die für den katalytischen Prozess zur Aufspaltung des Rapsöls entscheidend sind. Hier soll pro Jahr eine Milliarde Liter klimaneutraler Diesel hergestellt werden.
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ging Solutions umfassen Verpackungen in jeder Grösse, Form und Farbe, vom Kanister aus dem Standardsortiment bis zum kundenspezifischen Design. Im Rahmen seines R&D und Contract Manufacturing bietet Fischer Söhne Lösungen nach Mass von der Idee über die Entwicklung bis zur Serienproduktion und Montage.
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Niutec wird Mitglied
Mit der Übernahme des Labordienstleisters Niutec ist die GBA Group jetzt auch in der Schweiz vertreten.
Durch die Akquisition will die GBA Group gemäss Medienmitteilung ihre Positionierung im wachsenden Markt der Qualifizierung von Medizinproduk-
der GBA Group
ten stärken. Darüber hinaus schaffe die Partnerschaft mit Niutec eine starke Basis für die weitere Entwicklung im wichtigen lokalen Schweizer Markt für Umweltanalytik.
Die Niutec AG wurde im Jahr 2000 als Spin-off der Sulzer Group gegründet und be -
schäftigt rund 50 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Der Schwerpunkt im Bereich Medizinprodukte liegt auf der Prüfung von Reinheit, Biokompatibilität, Materialtests und anderen technischen Dienstleistungen. Im Umweltbereich bietet das Winterthurer Unter-
nehmen spezialisierte Dienstleistungen für Boden-, Abfall-, Wasser- sowie Gas- und Luftanalysen an.
www.niutec.ch
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Aktionsplan Radium 2015 bis 2023: Schutzziele erreicht
Der «Aktionsplan Radium 2015–2023» hat die erfolgreiche Sanierung von über 160 ehemaligen Uhrenateliers mit Radiumrückständen ermöglicht. Zudem wurden ehemalige Deponien identifiziert, die radiumkontaminierte Abfälle enthalten könnten. Im Rahmen des Aktionsplans konnten anhand historischer Nachforschungen rund 1100 potenziell radiumkontaminierte Liegenschaften, hauptsächlich in den Kantonen Bern, Neuenburg und Solothurn, ermittelt werden. Radium, das bis in die 1960er-Jahre verwendet wurde, ist krebserregend. Infolge diagnostischer Messungen mussten Gebäude oder angrenzende Gärten saniert werden. Davon betroffen sind vie -
Uhrwerk-Montage: Bis in die 1960er-Jahre wurde Radiumfarbe verwendet, um Zeiger und Zifferblätter zum Leuchten zu bringen. (Bild: Envato)
le Privatwohnungen, die früher im Auftrag der Uhrenindustrie als Heimarbeitsstätten genutzt wurden. Noch heute sind radiumkontaminierte Abfälle in ehemaligen Deponien zu finden.
Durch diese Arbeiten konnte die Radiumbelastung erheblich reduziert und die langfristige Bewohnbarkeit der Gebäude sichergestellt werden.
Die Sanierungskosten wurden grösstenteils vom Bund übernommen, da die Personen oder Firmen, welche die Kontaminationen verursacht hatten, nur selten ermittelt werden konnten. Insgesamt kostete der Aktionsplan knapp 11 Millionen Franken. Erarbeitet und umgesetzt wurde zudem eine Strategie zur langfristigen Verwaltung von über 250 ehemaligen Deponien, die radiumkontaminierte Abfälle enthalten könnten und bei künftigen Aushubarbeiten Strahlenschutzmassnahmen erfordern.
Der Aktionsplan hat damit seine Ziele zum Gesundheitsschutz der Bevölkerung und der Arbeitnehmenden sowie zum Umweltschutz erreicht. Trotzdem kann nicht ausgeschlossen werden, dass weitere Radium-Altlasten gefunden werden, angesichts des Aus -
masses der früheren Verwendung in der Schweiz. Aufgrund der Erkenntnisse aus dem Aktionsplan und im Zuge der aktuellen Revision des Bundesgesetzes über den Strahlenschutz werden die Bestimmungen der Strahlenschutzverordnung zu
radioaktiven Altlasten überarbeitet. Damit lassen sich insbesondere die Kostenübernahme bei künftigen Sanierungen regeln und die Verantwortlichkeiten klären.
Nach 36 Jahren im Amt als Kassierer unseres Berufsverbands, sage ich Adieu, um mich von dieser verantwortungsvollen Position zu verabschieden. Diese Jahre waren für mich eine wertvolle und prägende Erfahrung, die ich nicht missen möchte. Es ist mir eine Ehre, einen Moment innezuhalten und Rückblick zu halten, bevor ich das Amt an meinen Nachfolger übergebe. Als Kassierer hatte ich die Aufgabe, nicht nur auf die Finanzen des Verbands zu achten, sondern auch sicherzustellen, dass unsere gemeinsamen Ziele durch eine solide und transparente finanzielle Grundlage unterstützt werden. Diese Aufgabe war herausfordernd, aber auch äusserst erfüllend. Ich danke Ihnen allen für das Vertrauen, das Sie mir in diesen Jahren entgegengebracht haben. Es war mir eine Freude, gemeinsam mit Ihnen an der Weiterentwicklung unseres Verbands zu arbeiten.
Der neue Kassier ist Erwin Venetz: kassier@cp-technologe.ch
Im Rückblick sehe ich, wie wichtig es war, verantwortungsvoll mit den Ressourcen umzugehen, die uns zur Verfügung standen. Als Berufsverband sind wir auf die Beiträge unserer Mitglieder angewiesen, aber auch auf ein starkes Miteinander und die gemeinsame Vision. Unsere Finanzen sind nicht nur Zahlen auf einem Papier – sie sind das Fundament, auf dem wir unsere Projekte, Fortbildungen, Veranstaltungen und viele andere wichtige Initiativen aufbauen.
In den letzten Jahren haben wir einiges erreicht. Wir konnten unsere Aus- und Weiterbildungsangebote erweitern und unsere Position als Ansprechpartner für die Branche stärken. All dies war nur möglich, weil wir alle an einem Strang gezogen haben – und das möchte ich an dieser Stelle besonders betonen. Unsere Arbeit war stets das Ergebnis eines starken Teams und eines regen Austauschs. Es gab Momente, in denen wir mit finanziellen Herausforderungen konfrontiert wurden –sei es durch unerwartete Ausgaben oder durch die Notwendigkeit, in neue Projekte zu investieren. Doch dank der Unterstützung des gesam -
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Peter Trescher war 36 Jahre im Amt des Kassierers für den SCV tätig. Das Bild rechts stammt zirka aus dem Jahr 1988. (Bilder: SCV)
ten Vorstandes und nicht zuletzt dank der Ehrlichkeit und des Vertrauens innerhalb unserer Gemeinschaft konnten wir diese Hürden überwinden. Ich möchte mich bei allen bedanken, die mich in dieser Zeit unterstützt haben. Besonders danke ich den Kollegen im Vorstand, die mir immer mit Rat und Tat zur Seite standen. Ohne diese Zusammenarbeit wäre vieles nicht möglich gewesen. Auch danke ich den Mitgliedern, deren Engagement und Ideen unser Verband erst zu dem gemacht haben, was er heute ist. Nun, da ich das Amt des Kassiers übergebe, bin ich zuversichtlich, dass der Verband auch weiterhin in guten Hän -
den ist. Ich wünsche meinem Nachfolger Erwin Venetz alles Gute und viel Erfolg. Es gibt noch viele Herausforderungen, aber auch viele Chancen, die uns in Zukunft erwarten. Ich bin überzeugt, dass er das Vertrauen mit ebenso viel Engagement und Verantwortungsbewusstsein erfüllen wird. Abschliessend möchte ich mich noch einmal bei allen für die grossartige Zusammenarbeit bedanken. Es war mir eine Freude und eine Ehre, dieses Amt auszuüben, und ich freue mich darauf, unseren Berufsverband auch in Zukunft auf andere Weise zu unterstützen. Vielen Dank und Adieu
Peter Trescher, Januar 2025
Automatischer Sedimentationsplattenwechsler
Mit einem neuen Instrument lässt sich das Wechseln von Sedimentationsplatten automatisieren und damit Kosteneffizienz und Produktivität steigern.
Der EU GMP Annex 1 schreibt für die Reinraumklasse A eine kontinuierliche Überwachung der Luft vor. Diese erfolgt unter anderem mit Standard-Sedimentationsplatten, die alle vier Stunden manuell gewechselt werden müssen. Die Folge sind regelmässige Produktionsunterbrechungen; im schlimmsten Fall droht aufgrund von Bedienfehlern und Kreuzkontaminationen sogar der Verlust der gesamten Charge.
Neue automatische Sedimentationsplattenwechsler lassen sich mit bis zu sechs Standard-Sedimentationsplatten befüllen und führen dann eine automatisierte 24-Stunden-Beprobung ohne jeglichen
Eingriff durch. Die Deckel der Platten werden vollautomatisch abgehoben, jede einzelne Platte der Luft ausgesetzt, wieder verschlossen, und die nächste Platte kommt zum Einsatz. Diese Automatisie -
Zellsiebe zum Aufstecken auf
Pipettenspitzen
rung reduziert sowohl Eingriffe in den Reinraum als auch Produktionsunterbrechnungen, was zu einer höheren Produktivität bei gleichzeitig niedrigeren Kosten führt.
Darüber hinaus erhält man zu 100 Prozent vergleich- und reproduzierbare Messergebnisse. Abweichungen durch zu lange oder zu kurze Beprobungszeiten gehören der Vergangenheit an. Der automatische Sedimentationsplattenwechsler lässt sich zum Beispiel in einen Isolator-HMI (Human Machine Interface) integrieren und über die grafische Benutzeroberfläche steuern. Alternativ dazu ist auch der Einsatz als portable Stand-alone-Lösung möglich. In jedem Falle vereinfachen sich die Umsetzung einer Kontaminationskontrollstrategie und das Einhalten der Vorgaben des EU GMP Annex 1.
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Sterile Zellsiebe sind jetzt als Aufsätze für meisten gängigen 1000-μl-Pipettenspitzen erhältlich. In der Zellbiologie sind Zellsiebe ein Hilfsmittel, um unerwünschte Partikel oder Zellaggregate zu entfernen und in zellanalytischen Verfahren Verstopfungen in den Gerätekapillaren zu verhindern. So gelingt eine einfache und schnellen Filtration von Zelllösungen vor der Durchflusszytometrie, beispielsweise vor der fluoreszenzaktivierten Zellsortierung (FACS). Bei der Anwendung wird zunächst die Probe in die Pipettenspitze aufgenommen. Dann wird das Zellsieb aufgesteckt und die Probe durch das Zellsieb in ein steriles Reaktionsgefäss filtriert. Die Filtration erfolgt ohne Verlust an Lösungsvolumen oder durchfliessendem Zellmaterial. Anschliessend wird das Zellsieb zusammen mit der Pipettenspitze verworfen. Tipp: zu Anfang entscheiden, ob eher eine Filtration von Zellsuspensionen bis maximal 2 Millionen Zellen/ml (Maschenweite 40 μl) oder bis maximal 4 Millionen Zellen/ml (Maschenweite 70 μl) durchzuführen ist. Hersteller bieten gegebenenfalls Zellsiebe in zwei Maschenweiten an (z. B. Flowmi, Roth Selection).
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Das integrierte Massnahmenmanagement sorgt dafür, dass Korrekturen schnell umgesetzt und deren
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Die Inbetriebnahme und Steuerung von Antriebssystemen wird mit neuen Motion-Controllern jetzt noch einfacher. Sie dirigieren auf der Basis antriebsspezifischer Steuerungsprogramme die Bewegungen der Achsen. Dabei stellen unterschiedliche Motoren naturgemäss unterschiedliche Anforderungen. Für kleinere und mittlere Motoren erleichtern jetzt neue Varianten von Motion-Controllern mit bis zu 2 Ampere bzw. bis zu 6 Ampere Dauerausgangsstrom Ingenieurinnen und Ingenieuren die Arbeit. Für Anwendungen, bei denen mehr als eine Motortechnologie zum Einsatz kommt, werden nur noch ein Motor-Controller und eine
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Computergestützte Modellierung und Simulation klingt komplex, doch die Chancen für Pharmazie und Medizin lassen sich jetzt ganz einfach in einem E-Book von Anwendern für Anwender nachlesen. In der Gesundheitsbranche wird die computergestützte Modellierung und Simulation (CM&S) immer häufiger eingesetzt, um medizinische Geräte und Prozesse zu verstehen, zu entwerfen und zu optimieren. Damit können wichtige Fragen im Zusammenhang mit der Patientensicherheit, der Produktqualität und -wirksamkeit sowie der Einhaltung von Vorschriften beantwortet werden.
Insbesondere die Multiphysik-Simulation hilft Ingenieuren dabei, die Interaktion von Geräten und Medikamenten mit dem menschlichen Körper genau darzustellen. In einem E-Book lässt sich nun nachlesen, wie vier Teams aus der ganzen Welt CM&S einsetzen, um sichere und wirksame Medizinprodukte zu entwickeln und gleichzeitig die Kosten und den Bedarf an In-vitro- und In-vivo-Tests zu senken. Das Themenspektrum reicht von der kernmagnetischen Resonanz (MRI) über die Ablationstechnologie, die Sicherheit von medizinischen Implantaten, tragbare Systeme und hämokompatible
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grafische Benutzeroberfläche (GUI) benötigt. Mit diesen neuen Motion-Controllern können DC-Motoren, bürstenlose DC-Motoren und Linearmotoren mit den üblichen Positionsgebern als Servo Drive nach CiA 402 betrieben werden. Neu ist auch die Unterstützung von Schrittmotoren mit Encoder als Servo oder ohne Encoder im Open-Loop-Betrieb. Die Produkte «sprechen» EtherCAT, CANopen, RS232 sowie USB.
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25.09.2025 – Referent: M. Huet
Registration & aktuelle Informationen
Auf unserer Webseite ist das gesamte Programm mit laufend aktualisierten Kursdaten publiziert. Wir freuen uns über zahlreiche Anmeldungen. Herzlichen Dank!
Unser Ausbildungsangebot
Die SCS Academy der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft (SCG) bietet Weiterbildungskurse in diversen Gebieten der chemischen und pharmazeutischen Wissenschaften an. Neben dem etablierten Angebot in der Analytik (Spektroskopie, Trenntechnik, Qualitätssicherung und Informationsbeschaffung) werden auch Kurse in den Bereichen Labor Basics und Umweltwissenschaften - sowie neu - Prozesschemie & Produktion angeboten.
Die Kurse werden in Zusammenarbeit mit unseren Industriepartnern durchgeführt und richten sich sowohl an Einsteiger wie auch an Experten.
In-Company Training
Im Rahmen unseres Weiterbildungsangebots organisieren oder erarbeiten wir gemeinsam mit Ihnen In-Company Trainings und Schulungen nach Ihren Vorstellungen und Bedürfnissen. Unser Angebot:
Inhalte an firmenspezifische Anforderungen anpassen
Frage- und Problemstellungen in Ihrem Einsatzgebiet gezielt behandeln
Praktische Übungen ggf. an Ihren Geräten durchführen
Trainings auch in Englisch oder Französisch halten
Die Schulung kann entweder bei Ihnen vor Ort oder auch als Online-Schulung durchgeführt werden. Sensitive Fragen können firmenintern mit der Referentin/ dem Referenten besprochen werden, ohne dass die Konkurrenz davon erfährt. Ein weiterer Vorteil der In-Company Trainings: es fallen keine Reise- und Übernachtungskosten an. Experten stehen Ihnen für eine persönliche Bedarfsabklärung und Beratung gerne zur Verfügung.
Kontakt und Management
Sarah Schmitz
academy@scg.ch
+41 31 306 92 92
Falls Sie Ideen oder Bedarf an einem neuen Kursthema haben, nehmen wir Ihre Vorschläge gerne entgegen.
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SCS Academy
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Laupenstrasse 7
3008 Bern
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Trenntechnik
Von der chemischen Struktur zur HPLC-Methode [TR-20]
