ChemieXtra 1-2/2020 by SIGWERB GmbH

1–2 / 2020

Januar/Februar 2020

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

Bei uns sitzen Sie in der ersten Reihe! Wissensvermittlung aus zwei Welten Ihre Plattform für Chemie, Pharma, Labor, Verfahrenstechnik, Bio, Analytik, Life Sciences und Lebensmittel. ChemieXtra hat die besten Plätze – in Print und Online.

www.chemiextra.com Kontakt Redaktion Kontakt Mediaberatung redaktion@sigwerb.com info@sigwerb.com +41 41 711 61 11 +41 56 619 52 52

EDITORIAL

Die Forschung steht nie still Der Jahreswechsel lässt uns innehalten und Bilanz ziehen. Was haben wir erwartet? Was ist daraus geworden? Doch wir schauen nicht nur zurück, sondern auch vorwärts, denn die Aufgaben werden nie weniger. Und die Menschen nehmen sich der Probleme an, versuchen neue Lösungen zu finden und alte zu verbessern. Eine immer wichtigere Aufgabe ist es, den Umgang mit Energie zu optimieren. Alternative Energiegewinnung fordert auch neue Speichermöglichkeiten. In unserem Fokus streifen wir mit der Beschreibung neuester Forschung die Wege zu einer Verbesserung im Energiebereich. Momentan dreht sich der Schwerpunkt um die LithiumTechnologie. Einerseits versuchen Forscherinnen und Forscher, die Lebensdauer zu verlängern und die Kapazität zu vergrössern. Andererseits wird intensiv nach Alternativen gesucht. Das Forschungsfeld ist breiter geworden und es zeichnen sich hoffnungsvolle Resultate ab. Unser modernes Leben hat vielen Menschen Fortschritt gebracht. Aber immer mehr wird klar, dass die Eingriffe in die Natur auch bei der eigenen Spezies Spuren hinterlassen. Bislang galt zum Beispiel die Plazenta der werdenden Mutter als guter Schutz gegen Umwelteinflüsse. Eine St.Galler Forscherin hat nun herausgefunden, dass Umweltöstrogene die Plazenta passieren und zu bedenklichen Stoffwechselprodukten umgewandelt werden. Die Östrogen-Wirkung der fremden Substanz auf das ungeborene Kind ist um das 30-fache höher als die Östrogene der Mutter, was das werdende Leben schädigen kann. Wer mit gefährlichen Substanzen umgehen muss, weiss um die Wichtigkeit der Sicherheit. Praktikern ist allerdings auch bewusst, dass Routine schnell zur Gefahr wird. Mittels eigens entwickelten Schulungsmethoden und zusätzlicher Ausbildung versucht man dies zu verhindern. Auch sind mit der Digitalisierung neue Security-Bereiche entstanden. Spezialisten sind ständig daran, Cyberangriffe auf vernetzte Anlagen und Produktionsstätten zu verhindern, abzuwehren und die Produktionen abzuschirmen.

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Das neue Jahr wartet mit spannender Forschung und neuen Lösungen. Wir wünschen beim Lesen viel Vergnügen.

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18.12.2019 13:24:21

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

FOKUS

Die facettenreiche Batterieforschung

CHEMIE Lösungsmittel ist zugleich reaktives Agens

Organische Lösungsmittel sind nicht gerade gesund. Alternativen sind nicht nur aus gesundheitlicher Sicht, sondern auch aus der chemischen Perspektive interessant. Eine vielversprechende Abwechslung bieten hierbei ionische Flüssigkeiten.

BIOWISSENSCHAFTEN

MEDIZIN Umweltöstrogen passiert die Plazenta

Frühkindliches Leben im Mutterleib gilt als besonders empfindlich gegenüber Umweltschadstoffen. Forschende der Universität Wien und der Empa konnten gemeinsam nachweisen, wie sich das Lebensmittelöstrogen Zearalenon im Mutterleib verbreitet.

I N KÜRZE

N EWS

VERANSTALTUNGEN

Neue Proteine für die Zellteilung identifiziert

Die Ilmac lanciert erstmalig eine Jobbörse

LABOR

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Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 10. Jahrgang (2020) Druckauflage 10 900 Exemplare WEMF / SW-Beglaubigung 2019 10 005 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 280 Exemplare davon verkauft ISSN-Nummer 1664-6770 Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

Die Jobbörse findet in Freiburg im Breisgau (D) am 16. Juni 2020 statt. Im Interview erklärt uns Messeleiter Michael Bonenberger, wie diese neue Kontaktbörse funktioniert.

Herausgeber/Verlag SIGWERB GmbH Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 info@sigwerb.com www.sigwerb.com

Vorstufe Triner Media + Print Schmiedgasse 7 CH-6431 Schwyz +41 41 819 08 10 beratung@triner.ch www.triner.ch

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Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto)

Redaktion Roger Bieri Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com

Copyright Zur Veröffentlichung angenommene Originalartikel gehen in das ausschliessliche Verlagsrecht der SIGWERB GmbH über. Nachdruck, fotomechanische Vervielfältigung, Einspeicherung in Datenverarbeitungsanlagen und Wiedergabe durch elektronische Medien, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des Verlags. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Haftung übernommen.

Redaktionelle Mitarbeit Alexander Jegge Dr. Kurt Hermann

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

T ERMINE

WERKSTOFFE Material mit gegensätzlichen Eigenschaften

FIRMEN BERICHTEN Zertifikate für Sensoren

LITERATUR

VERBANDSSEITEN

FORSCHUNGSWELT Quantenphänomen bei Riesenmolekül

SCV-Informationen

VERFAHRENTSTECHNIK Hacker machen Jagd auf Datensammler

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Januar/Februar 2020

Durch eine umfassende Vernetzung von Anlagen und Prozessen können Chemieunternehmen die Effizienz steigern und neue Geschäftsmodelle entwickeln. Das stellt jedoch auch hohe Anforderungen an die Cyber-Sicherheit.

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FOKUS

Es bleibt spannend

Die facettenreiche Batterieforschung Klimawandel, CO2 -Anstieg auf der einen Seite und eine wachsende Weltbevölkerung bei knapper werdenden Ressourcen auf der anderen befeuern die Diskussionen über einen passenden Ersatz für fossile Brennstoffe. Die allseits geforderte Energiewende ruft Hoffnungen hervor und birgt doch Herausforderungen. Grosse Erwartungen werden dabei an die Batterieforschung gestellt und die Elektromobilität gilt gar als der Hoffnungsträger.

Bilder: Analy tica/Messe München

Derzeit und in naher Zukunft sind Lithium-Batterien noch ultimativ die Leistungsträger in der mobilen und stationären Stromversorgung. Erst durch sie wurde die Elektromobilität möglich und praxistauglich. Mit Blick auf die Ressourcenknappheit werden jedoch eindringlich Alternativen benötigt. Da sich nun die Entwicklung hochleistungsfähiger Batteriesysteme als äusserst komplex herausgestellt hat, bedingt sie zum einen interdisziplinäre Forschungsstrategien und robuste Netzwerke in Wissenschaft und Industrie.

Akkus der nächsten Generation Die Entwicklung nachhaltiger und umweltschonender Energiespeicher zählt zu den grossen Herausforderungen der Energiewende. Die bisher sehr erfolgreich eingesetzten kompakten Lithium-Ionen-Batterien haben aufgrund ihrer hervorragenden Energie- und Leistungsdichte ein hohes Marktpotenzial, sind aber in der Herstellung in Bezug auf Energie und der gesteigerten Nachfrage nach wertvollen und knapper werdenden Rohstoffen wie Lithium und Kobalt extrem kostenintensiv und fragwürdig geworden. Deshalb wird zunehmend die Forderung nach energieeffizienteren leistungsfähigeren, kostengünstigeren und umweltfreundlicheren Alternativen laut. Natrium-Ionen-Batterien könnten zukünftig adäquate Lösungen bieten. Andere forschen an leistungsstarken Lithium-Schwefel-Batterien. Der Forschungsbedarf ist jedenfalls hoch. «Diese Forschungsrichtung erlebt gerade einen stürmischen Boom. In Deutschland hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im April ein Schwerpunktprogramm eingerichtet und die EU ein Training-Net4

Die innovativen Batterien sollen nachhaltig und umweltfreundlich, kostengünstig und zudem hochleistungsfähig sein.

work – beide Programme darf ich koordinieren», sagt Professor Dr. S. Ulrich Schubert vom Zentrum für Energie und Umweltchemie der Universität Jena. «Das Interesse und das Investment von Evonik Industries AG zeigt eindeutig auch das wirtschaftliche Potenzial. Und es gibt weiterhin ein grosses Interesse aus China und Japan.» «Polymer-basierte Batterien, d. h. Batterien, die Polymere als Aktivmaterialien für die Speicherung von elektrischer Energie verwenden, werden seit 2011 in meiner Arbeitsgruppe intensiv untersucht» merkt Schubert an. «Dabei konnten wir erstmals eine durch Tintenstrahldruck erzeugte Dünnfilm-Batterie vorstellen. Auch konnten wir eine Reihe von neuen Aktivmaterialien patentieren und publizieren. Die Firma Evonik Industries AG ist gerade dabei diese neuen Polymere als druckbare Tinten zu kommerzialisieren.»

Die innovativen Batterien sollen nachhaltig und umweltfreundlich, kostengünstig und zudem hochleistungsfähig sein. Die Entwicklung neuartiger metallfreier und druckbarer Energiespeicher auf Polymerbasis eröffnen zukunftsträchtige Anwendungsbereiche im Gesundheitswesen, in der Sensorik und für das Internet der Dinge. «Dies betrifft vor allem den Bereich der druckbaren Dünnfilm-Batterien. Von aktiven RFIT-Tags über ‹Pflaster› zur Übermittlung von Gesundheitsfunktionen bis zu intelligenter Kleidung», ergänzt Schubert.

Energieeffizienz und High Performance Batterien müssen auch unter schwierigsten Bedingungen ihre Funktions- und Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen. Gleichzeitig müssen Gefährdungspotenzi1–2/2020

FOKUS

Dünner und doch leistungsstark: Die Batterien der Zukunft können auch in der Medizin vielseitig eingesetzt werden.

ale und Risiken bei Fehlbedienung und Zerstörung über den gesamten Lebenszyklus hinweg ausgeschlossen werden. Und insbesondere in der Diskussion um die E-Mobilität steht die Langzeitbetriebsbereitschaft von Batteriezellen im Mittelpunkt. Neuartige Batterien auf Kunststoffbasis haben gegenüber den etablierten Lithium-Ionen-Batterien zahlreiche Vorteile. Bereits die Herstellung solcher Batterien ist aufgrund der verwendeten organischen und polymeren Materialien wesentlich energieeffizienter. Polymere als Aktivmaterialien erfordern einen kleineren CO2 -Footprint bei der Herstellung. Weiterhin sind diese allgemein weniger toxisch und entflammbar. Und diese Batterien können über Druck-

techniken (Siebdruck, Tintenstrahldruck, Rolle-zu-Rolle-Druck) verarbeitet werden. Gleiches gilt für ihre Anwendung. Schliesslich gestalten sich auch Entsorgung und Recycling umweltfreundlicher und kostengünstiger. Batterien mit Polymeren als aktives Elektrodenmaterial sind zudem nachhaltiger, da auf den Einsatz von Schwermetallen verzichtet werden kann. Der Prototyp einer Natrium-Ionen-Batterie wie aus dem Verbundprojekt Transition besteht auf der Anodenseite aus Hartkohlenstoff auf Biomassebasis in Kombination mit wässrigen Bindemitteln und Aluminium als Stromabnehmer sowie auf der Kathodenseite aus Übergangsmetalloxiden. Verbesserte Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bilden darüber hinaus die Voraussetzung für kontrollierte elektrochemische Reaktionen.

Saft für Elektrofahrzeuge Kurz- und mittelfristig sind Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit und Energiedichte der Motor jeglicher Elektromobilität. Sie gewährleisten Betriebsdauer und Reichweite in Abhängigkeit von äusseren Bedingungen wie Einsatzgebieten, Temperaturen und Fahrverhalten. In absehbarer Zeit werden Na trium-Ionen-Batterien die Lithium-Ionen- Batterien nicht ersetzen, sondern nach Einschätzung der Fachwelt nur ergänzen können. Im Bereich der Elektromobilität werden zudem der Wassertechnologie un-

ter Einhaltung verschiedener Sicherheits aspekte durchaus Potenziale eingeräumt.

Analytik und Charakterisierung Jedes Forschungs- und Entwicklungsergebnis ist so gut wie seine prozessbegleitende Analytik. Deshalb sind moderne Analysenmethoden zur Bestimmung von Elektrolyten und zur Identifizierung von Spurenstoffen, Rohstoffen und Materialkomponenten in der Batterieforschung von heute unverzichtbar. Die neuesten Gerätetechnologien für solche Messungen und Materialprüfungen werden in ihrer ganzen Bandbreite auf der Analytica in München (31.03.2020 – 03.04.2020) umfassend abgebildet. Experten präsentieren auf der Weltleitmesse die neuesten Technologien und Methoden aus Chromatographie, Spektrometrie, Mikro skopie, Oberflächen- und Ionenanalytik. Quelle: Analytica/Messe München

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Bilder: Amadeus Bramsiepe/KIT

FOKUS

Ein Forscherteam am KIT erklärt bislang unverstandene Degradationsmechanismen im Kathodenmaterial für zukünftige Hochenergie-Lithium- Ionen-Batterien.

Einen besseren Einblick

Mehr Kapazität für Lithium-Ionen-Akkus Durch Untersuchungen struktureller Veränderungen während der Synthese von Kathodenmaterialien für zukünftige Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus haben Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und kooperierender Einrichtungen neue und wesentliche Erkenntnisse über Degradationsmechanismen gewonnen. Diese könnten zur Entwicklung von Akkus mit deutlich erhöhter Kapazität beitragen.

Ein Durchbruch der Elektromobilität wird bislang unter anderem durch ungenügende Reichweiten der Fahrzeuge behindert. Helfen könnten Lithium-Ionen-Akkus mit einer grösseren Ladekapazität. «Wir sind dabei, solche Hochenergie-Systeme zu entwickeln», sagt Professor Helmut Ehrenberg, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS). «Auf Basis eines grundlegenden Verständnisses der elektrochemischen Vorgänge in den Batterien sowie durch den innovativen Einsatz von neuen Materialien lässt sich die Speicherkapazität von Lithium-Ionen-Akkus nach unserer Einschätzung um bis zu 30 Prozent erhöhen.» Am KIT läuft diese Forschung im Rahmen des Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe (Celest), der grössten deutschen Forschungsplattform für elektrochemische Speicher, deren stellvertretender Sprecher Ehrenberg ist. 6

Das Forscherteam am KIT (v. l. n. r.): Michael Knapp, Sylvio Indris, Weibo Hua und Björn Schwarz.

Die Hochenergievariante der Lithium-Ionen-Technologie unterscheidet sich von der herkömmlichen durch ein spezifisches Kathodenmaterial: Während bislang überwiegend Schichtoxide mit unterschiedlichen Verhältnissen von Nickel, Mangan

und Kobalt eingesetzt werden, kommen nun manganreiche Materialien mit Lithium-Überschuss zum Einsatz, was die Energiespeicherfähigkeit deutlich erhöht. Allerdings gibt es beim Einsatz dieser Materialien bislang noch ein Problem: Bei der 1–2/2020

FOKUS

Ein- und Auslagerung von Lithium-Ionen – also der grundlegenden Funktionsweise einer Batterie – degradiert das Hochenergie-Kathodenmaterial. Das Schichtoxid wandelt sich nach einiger Zeit in eine Kristallstruktur mit sehr ungünstigen elek trochemischen Eigenschaften um. Als unerwünschte Folge sinkt die mittlere Lade- und Entladespannung von Beginn an, was die Entwicklung von brauchbaren Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus bislang verhinderte.

Neue Erkenntnisse über Degradation Wie genau dieser Degradationsprozess abläuft, war noch nicht vollständig verstanden. Ein Forscherteam aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des KIT und kooperierender Einrichtungen hat den grundlegenden Mechanismus nun in der Zeitschrift «Nature Communications» beschrieben: «Auf Basis von detaillierten Untersuchungen des Hochenergie-Kathodenmaterials

konnten wir zeigen, dass die Degradation nicht direkt, sondern indirekt über die Bildung einer bislang wenig beachteten lithiumhaltigen Kochsalzstruktur abläuft», sagt Weibo Hua (IAM-ESS), einer der Hauptautoren der Studie. «Ausserdem spielt auch Sauerstoff bei den Reaktionen eine entscheidende Rolle.» Neben diesen Ergebnissen zeigt die Studie ausserdem, dass neue Erkenntnisse über das Verhalten einer Batterietechnologie nicht unbedingt direkt aus dem Degradationsprozess stammen müssen: Ihre Entdeckung hatten Weibo und die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nämlich anhand von Untersuchungen gewonnen, die während der Synthese des Kathodenmaterials durchgeführt wurden. Auf dem Weg zu Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos stellen die Forschungsergebnisse des KIT einen wichtigen Schritt dar: Sie machen es möglich, nun neue Ansätze zur Minimierung der Degradation in den Schichtoxiden zu testen und in die eigentliche Entwicklungsarbeit zu diesem neuen Batterietyp einzusteigen.

Originalbeitrag Weibo Hua, Suning Wang, Michael Knapp, Steven J. Leake, Anatoliy Senyshyn, Carsten Richter, Murat Yavuz, Joachim R. Binder, Clare P. Grey, Helmut Ehrenberg, Sylvio Indris, Björn Schwarz, «Structural insights into the formation and voltage degradation of high-energy lithium- and manganese-rich layered oxides», Nature Communications (2019); DOI 10.1038/ s41467-019-13240-z

Kontakt Weibo Hua Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Institut für Angewandte Materialien (IAM-ESS) D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen +49 721 608 28509 weibo.hua@partner.kit.edu www.iam.kit.edu

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FOKUS

Eine Polymerkathode für neue Akkus

Die günstigere Batterievariante Preiswerte und umweltfreundliche Metalle wie Natrium und mehrwertige Leichtmetalle sollen einmal Lithium in der Batterietechnologie ersetzen. Eine grosse Herausforderung ist jedoch die Entwicklung langlebiger und stabiler Elektroden mit hoher Energiedichte und gleichzeitig schneller Lade- und Entladerate. Ein amerikanisch-chinesisches Wissenschaftlerteam hat hierfür eine Hochleistungskathode aus einem organischen Polymer entwickelt.

Dr. Chunsheng Wang ¹ Wie sie in der Zeitschrift «Angewandte Chemie» schreiben, eignet sich das Polymer besonders für wiederaufladbare Batterien mit Natrium-Ionen-Technik. Lithium-Ionen-Akkus hingegen stecken heutzutage in nahezu allen tragbaren elektronischen Geräten, Energiespeichersystemen und Elektrofahrzeugen. Ihre Entwicklung wurde mit dem Nobelpreis für Chemie 2019 ausgezeichnet. Der Batterietyp der nächsten Generation muss jedoch eine höhere Energiedichte und eine bessere Kapazität aufweisen sowie aus preiswerten, sichereren und umweltfreundlicheren Materialien bestehen. Intensiv untersucht werden wiederaufladbare Batterien, die grundsätzlich nach der gleichen Technologie funktionieren wie die Lithium-Ionen-Batterien, bei denen aber das Lithium-Ion durch billigere Metall-Ionen wie Natrium-, Magnesium- und Aluminium-Ionen ersetzt wird. Allerdings machen die Elektrodenmaterialien das nicht so einfach mit. Neue Materialien sind gesucht.

Stabile organische Substanzen sind gefragt Organische Materialien bieten sich hierbei an, denn sie enthalten (meist) keine schädlichen und teuren Schwermetalle und können leicht für verschiedene Zwecke angepasst werden. Leider lösen sie sich im flüssigen Elektrolyten auf, so dass eine solche Elektrode instabil ist. Chun sheng Wang und sein Team von der Uni-

¹ University of Maryland, College Park, Maryland (USA)

N N

Bild 1: Hexaazatrinaphthalene (HATN).

Bild 2: Poly(hexaazatrinaphthalin) (PHATN).

versity of Maryland (USA) und ein internationales Team von Wissenschaftlern haben eine organische Polymerkathode entwickelt, die sich nicht auflöst, gleichzeitig aber mit einer hohen Kapazität bei schneller Entladung und Ladung aufwartet. Für das Natrium-Ion zeigte sie eine deutlich bessere kurz- und langfristige Kapazität als andere Kathoden aus polymeren oder anorganischen Materialien. Auch für das Magnesium- und Aluminium-Ion waren die Daten laut der Studie hervorragend. Als Kathodenmaterial mit hoher Energiedichte und guter Einlagerungsbereitschaft für Metallionen identifizierten die Wissenschaftler die organische Verbindung Hexaazatrinaphthalin (HATN, siehe Bild 1).

ein organisches Polymer namens polymeres HATN oder PHATN (siehe Bild 2). Die Kapazität für das Natrium-, Aluminium- und das Magnesium-Ion war eminent. Getestet wurde die PHATN-Kathode dann in Metall-Ionen-Batterien mit einem hochkonzentrierten Elektrolyten (der ionenleitenden Flüssigkeit, die die beiden Elektroden miteinander verbindet). Die Batteriedaten waren hervorragend. Die Natrium-Ionen-Batterie konnte bei einer Spannung von 3,5 Volt betrieben werden und wies den Angaben nach selbst nach 50 000 Lade-Entlade-Zyklen noch eine stolze Kapazität von über 100 Milliamperestunden pro Gramm auf. Die Magnesium-Ionen- und die Aluminium-Ionen-Batterie waren kaum schlechter. Solche weiterentwickelten Pyrazin-Polymerkathoden (Pyrazin ist die Grundsubstanz von HATN, es ist eine aromatische benzolähnliche, aber stickstoffreiche organische Substanz mit fruchtigem Duft) könnten in umweltfreundlichen, langlebigen, wiederaufladbaren Hochleistungsbatterien der nächsten Generation eingesetzt werden.

Vielversprechende Werte In Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren wurde das HATN bereits getestet, aber wie die meisten organischen Materialien löste es sich im Elektrolyten auf. Der Trick sei nun, erzählten die Autoren, das Material zu stabilisieren. Dafür verknüpften die Forscher die einzelnen Moleküle mit Bindungsbrücken. Entstanden war

Medienmitteilung Angewandte Chemie www.angewandte.de 1–2/2020

FOKUS

Fehlfunktionen erkennen

Lithium-Akkus unter die Lupe nehmen Akkus mit Anoden aus metallischem Lithium wären aufgrund ihrer höheren Kapazität herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus eigentlich deutlich überlegen. In der Praxis sprechen jedoch Sicherheitsrisiken und kurze Lebensdauer dagegen. Um die Ursachen für Fehlfunktionen und vorzeitiges Versagen besser analysieren zu können, haben Forscher jetzt eine Methode entwickelt, die die Verteilung von aktivem Lithium auf der Anode sichtbar macht und Dendriten sowie «totes» Lithium unterscheidet.

Prof. Dr. Guanglei Cui ¹ Beim Entladen eines Akkus mit Lithium-Anode gibt diese Elektronen in den Stromkreis und positiv geladene Lithium-Ionen an den Elektrolyten ab. Beim Wiederaufladen kehrt sich der Vorgang um und Lithium scheidet sich wieder an der Anode ab – leider nicht gleichmässig. Es können sich Verästelungen bilden, die Dendriten, die so stark wuchern können, dass ein Kurzschluss auftritt. Ausserdem verstärken sie aufgrund der vergrösserten Oberfläche unerwünschte Nebenreaktionen zwischen Lithium und Bestandteilen des Elektrolyten, die das Lithium inaktivieren. Manche Dendriten bestehen am Ende nur noch aus solchem «toten» Lithium. Obwohl sowohl Dendriten als auch totes Lithium die Leistung des Akkus beeinträchtigen, haben sie doch einen völlig unterschiedlichen Einfluss auf die Anode. Da die Morphologie in beiden Fällen gleich ist, gelang eine Unterscheidung dieser beiden Formen mit konventionellen mikroskopischen Methoden bisher nicht. Um die unerwünschten Prozesse an Lithium-Anoden besser zu verstehen, wäre dies jedoch wichtig. Die Forscher um Shougang Chen, Shanmu Dong und Guanglei Cui von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Ocean University of China in Qingdao haben nun eine neuartige Methode entwickelt, mit der sich die Verteilung aktiver Lithium-Spezies auf der Anodenoberfläche analysieren lässt und Lithium-Dendriten von anderen

¹ Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Qingdao (China)

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H3C

CH3 Bild 1: 9,10-Dimethylanthracene (DMA).

Li H3C

2Li

CH3

Bild 2: DMA reagiert mit aktivem Lithium unter Auslöschung seiner Fluoreszenz.

Nebenprodukt-Spezies unterschieden werden können.

Inaktive Spezies leuchten auf Die Oberfläche gebrauchter Lithium-Anoden wird dazu mit dem Fluoreszenzfarbstoff 9,10-Dimethylanthracen (DMA) beschichtet (siehe Bild 1). DMA reagiert dann mit aktivem Lithium unter Auslöschung seiner Fluoreszenz (siehe Reaktionsgleichung auf Bild 2). Stellen mit aktivem Lithium erscheinen daher dunkel, Stellen mit inaktiven Lithium-Spezies fluoreszieren weiter. Die Morphologie der Anode wird dabei nicht beeinflusst. Für eine sichere Benutzung von Lithium-Metall-Akkus ist es sehr wichtig, die Ursachen für potenziell gefährliche Fehlfunk tionen zu identifizieren. Mit der neuen

Methode lassen sich Dendriten nachweisen, die zum Versagen eines Lithium-Akkus geführt haben. Bei der Entwicklung von Akkus unterstützt die Methode zudem die Suche nach besseren Elektrolyten und liefert Vorhersagen über die ungleichmässige Abscheidung von Lithium. Eine Identifikation der Stellen, an denen sich Lithium-Dendriten bevorzugt bilden, könnte helfen, den Aufbau von Akkus zu optimieren. Originalbeitrag Xiangyang Cheng et al., «Fluorescence Probing of Active Lithium Distribution in Lithium Metal Anodes», Angewandte Chemie (2019); https://doi.org/10.1002/ange. 201900105 Medienmitteilung Angewandte Chemie www.angewandte.de 9

FOKUS

Alle Werkstoffe im Blick

Umfassendes Recycling von Batteriezellen Bei Papier oder PET-Flaschen haben wir uns an das Recycling längst gewöhnt. Auch werden seit Jahren handelsübliche Lithium-Ionen-Batterien recycelt. Gerade aber angesichts der wachsenden Nachfrage an Batterien und Hochleistungsakkus ist es besonders wichtig, dass möglichst alle Bestandteile dieser Energieträger sinnvoll wiederverwertet werden. Wissenschaftler am Batterieforschungszentrum der Universität Münster erweitern deshalb ihren Horizont.

Fossile Ressourcen haben – nicht erst seit der schwedischen Klima-Aktivistin Greta Thunberg – ein Imageproblem. Ihre Nutzung belastet die Umwelt, und ihr Abbau gestaltet sich zunehmend schwierig, teuer und riskant. Aber auch in einem Energiesystem, das auf Windkraft und anderen erneuerbaren Energiequellen basiert, werden Ressourcen gebraucht, die nicht so unerschöpflich sind wie die Kraft des Windes. Um das Stromnetz trotz unregelmässiger Stromeinspeisung durch Windkraftund Solaranlagen zu stabilisieren oder auch um Elektroautos zu bewegen, werden Batteriezellen benötigt. Einige der Materialien, die in der Zelle Verwendung finden, sind in ihrer Produktion oder Entsorgung umweltbelastend oder in ihrer Verfügbarkeit sehr begrenzt. Beispielsweise könnte der steigende Bedarf an Lithium, das derzeit mit keinem anderen Material zu ersetzen ist, aufgrund der stark wachsenden Nachfrage die Preise nach oben treiben oder sogar die globale Produktion im kommenden Jahrzehnt überschreiten.

Methode gleicht der Entkoffeinierung von Kaffee Diese Probleme sollen durch die Wiederverwendung der Zellmaterialien entschärft werden. Dabei geht es nicht nur um die geläufigen Bestandteile wie Lithium oder Kobalt. Nach der EU-Batterie-Richtlinie soll eine Recyclingeffizienz von 50 Gewichts¹ Münster Electrochemical Energy Technology Battery Research Center (Meet), Münster

Bild: John Wiley & Sons, reproduzier t von Referenz [1]

Pia Niehues ¹

Schematische Darstellung des mechanisch-hydrometallurgischen «LithoRec Recycling»-Prozesses: Links neben dem Recyclingsymbol befinden sich die ausgedienten Batterien und der Zyklus beginnt hier. In einem allerersten Schritt werden die Energieträger geschreddert und anschliessend wichtige Rohstoffe aus ihnen zurückgewonnen.

prozent der gesamten Zelle erreicht werden, um den steigenden Bedarf an Batteriezellen zu gewährleisten. Dafür müssen auch bislang wenig betrachtete Bestandteile in den Fokus genommen werden. Der Elektrolyt, der als Ionenleiter den Stromfluss zwischen Minus- und Pluspol und somit das Funktionieren einer Batterie überhaupt erst möglich macht sowie die restlichen organischen Bestandteile wie der Binder, der die chemisch aktiven Substanzen der Elektrode zusammenhält, werden normalerweise verbrannt oder anderweitig entsorgt. Eine Forschergruppe um Dr. Sascha Nowak am Batterieforschungszentrum der Universität Münster beschäf-

tigte sich daher mit der Elektrolyt-Wiedergewinnung. Es handelt sich dabei um ein Verfahren, welches in ähnlicher Weise auch zur Entkoffeinierung von Kaffee eingesetzt wird. Dazu wird entweder subkritisches oder überkritisches Kohlendioxid (CO2) mit Ko-Lösungsmitteln eingesetzt. Überkritisches oder subkritisches CO2 besitzt Eigenschaften, die zwischen Gas und Flüssigkeit liegen und wichtig für das Ex traktionsverfahren sind. Auf diesem Wege konnte die Forschungsgruppe 90 Prozent des Elektrolyten – inklusive des Leitsalzes und entstandener Alterungsprodukte aus den handelsüblichen Batteriezellen – zurückgewinnen. «Diese Ergebnisse zeigen, 1–2/2020

Bild: W WU – Meet

FOKUS

Am Forschungszentrum Meet arbeitet ein internationales Team von rund 140 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an der Forschung und Entwicklung innovativer elektrochemischer Energiespeicher. Auch die Entwicklung neuer Optimierung bestehender Recyclingverfahren spielt dabei eine wichtige Rolle.

dass die Recyclingeffizienz von Batteriezellen noch weiter erhöht werden kann», betont Nowak. Auch beim Kathodenmaterial konnte das Forscherteam bemerkenswerte Resultate

erzielen. Nach dem Öffnen und Demontieren der Zellen lösten sie das Kathodenmaterial in zehnprozentiger Schwefelsäure auf, und die Übergangsmetalle wurden als schwerlösliche Carbonate gefällt und getrennt. Das zurückgewonnene Material wies nach anschliessender Synthese eine elektrochemische Performance auf, welche vergleichbar mit dem kommerziellen Kathodenmaterial war.

Fast alle Materialien können neu verwertet werden Durch Methodenkombination extrahierten die Forscher neben dem Elektrolyten und dem Kathodenmaterial auch den Graphit, welcher für Anoden verwendet wird. Es ist demnach durchaus möglich, fast sämtliche Bestandteile einer gebrauchten Lithium-Ionen-Batterie erneut zu verwenden. Für die Vision einer nachhaltigen Energieversor-

gung ist das Erreichen einer hohen Recyclingeffizienz von Batteriezellen ein zwingend notwendiger Schritt. Literatur [1] S. Rothermel ,M. Evertz, J. Kasnatscheew, X. Qi, M. Grützke, M. Winter, S. Nowak, «Graphite Recycling from Spent Lithium Ion Batteries», ChemSusChem 9, Nr. 24: 3473–3484; DOI: 10.1002/ cssc.201601062.

Kontakt Meet – Münster Electrochemical Energy Technology Corrensstrasse 46 D-48149 Münster +49 251 8336793 meet.office@uni-muenster.de www.uni-muenster.de/meet

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CHEMIE

Ionische Flüssigkeiten

Lösungsmittel ist zugleich reaktives Agens Organische Lösungsmittel sind nicht gerade gesund. Alternativen sind nicht nur aus gesundheitlicher Sicht, sondern auch aus der chemischen Perspektive interessant. Eine vielversprechende Abwechslung bieten hierbei ionische Flüssigkeiten. Diese sind nicht so reaktionsträge wie bislang angenommen – bei besonders eigenwilligen Reaktionspartnern bieten sie sogar endlich einen Hebel, um diese gezielt zu verändern. Das zeigte nun ein deutsches Team von Chemikerinnen und Chemikern.

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stoff und Wasserstoff bestehen – zum Beispiel eine Methylgruppe. «Bisher war das nicht möglich», erklärt Dehnens Mitarbeiterin und Koautorin Silke Santner, «es galt in der wissenschaftlichen Literatur auch als grundsätzlich nicht machbar.» Der vermutete Grund bestehe in der mangelnden Neigung solcher Cluster, überzählige Elektronen zu einer Bindung mit einer Seitengruppe beizutragen, legt Mitverfasser Carsten Donsbach aus Dehnens Arbeitsgruppe dar.

Weniger giftig Die mittelhessische Forschungsgruppe präsentiert nun «Produkte einer beispiellosen chemischen Reaktion», wie die Autoren schreiben. Sie tritt auf, wenn man als Lösungsmittel für die Synthese der Metallchalkogenid-Cluster eine ionische Flüssigkeit einsetzt, die dabei gleichzeitig als Quelle der Methylgruppe dient. Dadurch erhielten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neun Salze der in dieser neuartigen Weise veränderten Cluster. Das Team um Koautor Professor Dr. Bernd Smarsly von der Justus-Liebig-Universität Giessen bestätigte die Ergebnisse mittels Raman-Spektroskopie. «Der wichtigste Aspekt ist dabei das Vorhandensein der endständigen Methylgruppen», heben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hervor. Dieses Ziel liess sich für verschiedene Clustergrössen und Kombinationen von Elementen verwirklichen, was die breite Anwendbarkeit der Methode belegt. «Unsere Ergebnisse ebnen neuen Strategien den Weg, mit denen sich Metallchalkogenid-Cluster zielgerichtet mit verhältnismässig ungiftigen Reagen zien modifizieren lassen», resümiert das Autorenteam.

05.04.17 18:08

Bild: Shutterstock

Bei ionischen Flüssigkeiten handelt es sich um Salze, die nicht kristallisiert vorliegen und bei Raum- bzw. Reaktionstemperatur sich in der flüssigen Phase befinden. «Sie eignen sich gut als Reaktionsmedien und zeigen dabei auch eine geringere Giftigkeit als viele gängige organische Substanzen», sagt die Chemieprofessorin Dr. Stefanie Dehnen von der Philipps-Universität Marburg, Mitverfasserin der aktuellen Veröffentlichung. «Wir untersuchen derzeit systematisch den möglichen Einsatz ionischer Flüssigkeiten als Lösungsmittel und zugleich reaktives Agens, das dabei hilft, gezielt organische Seitengruppen an Metallchalkogenid-Cluster anzuhängen.» Metallchalkogenid-Cluster sind Verbindungen, die Metallatome mit Elementen wie Schwefel, Selen oder Tellur vereinen. «Es gibt viele Einsatzmöglichkeiten für Verbindungen, die solche Cluster enthalten», berichtet Dehnens Mitarbeiter Bertram Peters, der federführende Autor der Studie. Als Beispiele nennt der Chemiker optoelektronische Anwendungen wie Leucht dioden oder Solarzellen. Um bestimmte Eigenschaften der Cluster zu verbessern, etwa ihre Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln, muss man organische Seitengruppen anhängen, die aus Kohlen-

Acetonitril – immer noch ein gebräuchliches Lösungsmittel.

Professorin Dr. Stefanie Dehnen lehrt Anorganische Chemie an der Philipps-Universität. Auch in der breitenwirksamen Vermittlung naturwissenschaftlicher Fragestellungen ist die Hochschullehrerin aktiv: Dehnen ist Direktorin des Mitmachlabors «Chemikum Marburg». Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Forschungsarbeiten durch ihr Schwerpunktprogramm «Materialsynthese nahe Raumtemperatur». Originalpublikation Bertram Peters et al., «Ionic liquid cations as methylation agent for extremely weak chal-cogenido metalate nucleophiles», Chemical Science (2019) Kontakt Prof. Dr. Stefanie Dehnen Fachbereich Chemie Philipps-Universität Marburg Hans-Meerwein-Strasse 4 D-35043 Marburg +49 6421 28 25751 dehnen@chemie.uni-marburg.de www.uni-marburg.de

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CHEMIE

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CHEMIE

Die energiereichen Wasserstoffmoleküle sind als Energieträger geradezu prädestiniert. Doch häufig ist die Wasserstoffausbeute zu gering.

Iridium-Elektroden

Wasserstoffproduktion mit Elektrolyse Das Edelmetall Iridium scheint bestens für die Gewinnung von Wasserstoff per Elektrolyse geeignet. Allerdings ist dieses Element auch äusserst teuer. Wie kann die hervorragende Eigenschaft von Iridium dennoch möglichst wirtschaftlich genutzt werden? Richtig sparen kann man mit einer neuen Elektrode aus hochporösem Material, die bereits mit geringsten Konzentrationen an Iridiumoxid hervorragende Ergebnisse erzielt.

Das Motto einer besonders effektiven Elektrolysemethode zur Wasserstoffgewinnung lautet: Membran statt flüssigen Elektrolyten. Die Wasserstoff-Ionen wandern hierbei über eine Protonen-Austausch- Membran (PEM) von der Sauerstoff-bildende Anode zur Wasserstoff-bildenden Kathode. Die Membrantechnik hat viele Vorteile. Die Elektrolysezelle wird durch die dünne Membran schlanker und vielseitiger einsetzbar. Das System ist ohne Elektrolytlösung fast wartungsfrei. Es hält hohen Druck aus und reagiert in Sekundenschnelle auf schwankende Stromzufuhr. Doch die Technologie hat auch einen Haken. Für die Katalyse der Sauerstoffbildung an der Anode ist oxidiertes Iridium (IrO2) verantwortlich. Die Reaktion verläuft sehr stabil und effizient. Aber Iridium ist seltener als Gold und Platin und mindestens genauso teuer. Viele Wissenschaftlerinnen Iridium ist seltener als Gold und Platin und mindestens genauso teuer. und Wissenschaftler haben Alternativen getestet, aber nichts ist so lange und stabil schungszentrum Jülich gelungen, mithilfe Das Verfahren entstand im Rahmen des katalytisch aktiv wie Iridiumoxid. eines neuen hochporösen Materials die vom BMBF geförderten Kopernikus PowWasserstoffausbeute gegenüber einem er-2-X-Verbundprojekts und wurde jetzt in kommerziellen Referenzkatalysator auf das der Fachzeitschrift «Advanced Functional Ein Hauch von Iridium Achtfache zu steigern. In Zukunft könnte Materials» veröffentlicht. Die WissenschaftChemikerinnen und Chemikern des Exzel- man daher einen Elektrolyseur entwickeln, lerinnen und Wissenschaftler entwickelten lenzclusters «e-conversion» ist es jedoch der umgerechnet nur noch 10 Prozent der für die Elektrode ein hochporöses Materigemeinsam mit einem Team vom For- bisherigen Iridiummenge benötigt. al, in dem sich das Iridiumoxid hauchdünn 14

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CHEMIE

verteilt. Dadurch ist es für die Wassermoleküle gut zugänglich und kann hoch katalytisch aktiv sein.

Bis in die letzte Pore Für das Elektrodenmaterial synthetisierte das Team leitfähige Mikropartikel aus Antimon-Zinnoxid, welche eine hochporöse Katalysator-Trägerstruktur bilden. Anschlies send erhitzten sie das Material mit gelöstem Iridium unter Druck in einem sogenannten solvothermalen Verfahren. Eine letzte Hitzebehandlung zur Oxidation des Iridiums und es war geschafft: Der Blick durch das Elektronenmikroskop bewies, dass sich die Iridiumoxid-Partikel tatsächlich wie ein dünner Film bis in die letzte Pore verteilt hatten. Auch den Praxistest bestand die neue Elektrode mit Bravour: Bezogen auf Aktivität und somit Wasserstoffproduktion pro Gramm Iridium übertraf der entwickelte Katalysator ein herkömmliches, kommerziell erhältliches Material um das Achtfache.

Das mehrstufige Syntheseverfahren hat einen grossen Vorteil, erklärt Daniel Böhm, Erstautor der Veröffentlichung: «Wir können dadurch jeden einzelnen Schritt erst einmal für sich optimieren. Dazu gehören die Zusammensetzung, Struktur und Porengrösse des Materials, dessen Leitfähigkeit und die Beladung mit Iridium. Am Ende steht dann ein hochaktives, optimiertes Gesamtsystem. Die verwendeten Syntheseschritte lassen dabei eine industrielle Produktion zu, was eine baldige technische Anwendung ermöglichen könnte.» Das Material in kommerziellen PEM-Elek trolyseuren muss sehr hohe Anforderungen erfüllen, um einen jahrelangen stabilen Betrieb zu garantieren. Die nächsten Projekte in dieser Richtung stehen schon an, berichtet Prof. Dina Fattakhova-Rohlfing vom Forschungszentrum Jülich: «Zunächst möchten wir mithilfe von neuartigen Nanostrukturen noch stabilere Katalysatoren herstellen. Und anschliessend untersuchen, wie sich die Materialeigenschaften

im Laufe der Zeit durch die Betriebsparameter verändern.» Originalpublikation Daniel Böhm, Michael Beetz, Maximilian Schuster, Kristina Peters, Alexander G. Hufnagel, Markus Döblinger, Bernhard Böller, Thomas Bein, Dina Fattakhova-Rohlfing, «Efficient OER Catalyst with Low Ir Volume Density Obtained by Homogeneous Deposition of Iridium Oxide Nanoparticles on Macroporous Antimony-Doped Tin Oxide Support», Adv. Funct. Mater. (2019)

Kontakt Daniel Böhm Universität München Department Chemie Butenandtstr. 5–13, Haus F D-81377 München +49 89 2180 7760 daniel.boehm@cup.lmu.de www.uni-muenchen.de

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19.12.19 14:04

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BIOWISSENSCHAFTEN

Hefezellen liefern neue Antworten

Proteine für die Zellteilung identifiziert Grundlegende Prozesse in unseren Zellen verstehen wir immer noch nicht genau. Um den Rätseln der Natur auf die Spur zu kommen, nutzen die Wissenschaftler Modellorganismen, wie die Hefe. Dank ihr konnten ETH-Forschende neue grundlegende Erkenntnisse in der Zellteilung (sowohl in der Mitose als auch Meiose) gewinnen. Ihnen gelang es, mehrere Proteine erstmals aus den Zellkulturen der Hefe zu isolieren und zu beschreiben. Zudem fanden sie ein überraschendes molekulares Wechselspiel.

In unserem Körper entstehen durch Teilung ständig neue Zellen, die ältere oder verletzte Zellen ersetzen. Dabei wird auch die Erbinformation verdoppelt und an die neuen Zellen weitergegeben. Für einen reibungslosen Ablauf sorgt ein ausgeklügeltes Zusammenspiel aus vielen verschiedenen Proteinen. Allfällige Fehler, die sich bei der DNA-Verdoppelung einschleichen, reparieren die Proteine sogleich. Dieselbe Proteinmaschinerie erfüllt aber noch eine andere Aufgabe: Bei Geschlechtszellen – Eizellen und Spermien – ist sie während der Zellteilung für die Vermischung der Erbinformationen von ursprünglich mütterlicher und väterlicher Seite verantwortlich. Der prinzipiell gleiche Mechanismus muss also zwei gegensätzliche Aufgaben lösen: Bei der normalen Zellteilung, Mitose genannt, sorgt er für die genetische Konservierung, bei der Produktion von Geschlechtszellen, der Meiose, hingegen für die genetische Vielfalt. Beide Aufgaben sind lebenswichtig. Funktioniert die DNA-Reparatur in der Mitose nicht, kann das zu Krebs und weiteren Erkrankungen führen. Läuft dagegen der Austausch von DNA bei der Meiose nicht korrekt ab, schädigt das die Fruchtbarkeit und die Gesundheit der Nachkommen. «Obschon diese Prozesse für unsere Gesundheit so wichtig sind, wusste man bisher kaum, wie das Ganze funktioniert und reguliert wird», meint Joao Matos, Professor für Biochemie an der ETH Zürich. Zusammen mit seinem Team hat er nun ei-

¹ ETH Zürich

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Bild: Adobe Stock

Santina Russo ¹

Hier ist die Zellteilung während der Metaphase dargestellt. Die grünen Fänden sind die Mikrotubuli des Spindelapparates. Sie sind für die korrekte Aufteilung des Erbguts äusserst wichtig.

nige verantwortlichen Proteine untersucht und herausgefunden, wie sie zwischen den beiden Aufgaben unterscheiden können.

Eine besondere Gruppe von Enzymen Dazu haben die Forschenden im Labor zunächst eine grosse Anzahl von Hefezellen gezüchtet, denn in den Zellen ist jeweils nur eine sehr geringe Menge der beteiligten Proteine enthalten. Die Produktion der Hefezellen war darum äusserst aufwendig: In 120 Behältern à sechs Litern kultivierten die Forschenden Zellen so, dass die Teilung in allen Hefezellen gleichzeitig vonstattenging. Denn Mitose und Meiose sind hochkomplexe Prozesse, die in genau orchestrierten Phasen ablaufen.

Darum lässt sich nur in synchronisierten Zellkulturen unterscheiden, in welcher Phase welche Proteine wichtig sind und wie diese zusammenarbeiten. Schon zuvor war bekannt, dass bei Hefe, aber auch bei Pflanzen, Tieren und beim Menschen, mehrere Enzyme an der Vervielfältigung von DNA beteiligt sind. Das Team fand sieben Proteine, die am Prozess beteiligt sein müssen. Sie nennen diese Gruppe von Enzymen «The Recombination Intermediate Processing Enzymes» (Ripes). Diese Ripes konnten die ETH-Forscher nun erstmals aus den Zellkulturen isolieren und im Massenspektrometer identifizieren – jeweils aus einer spezifischen Phase der Zellteilung. Zugleich identifizierten sie mit dieser Methode eine Reihe weiterer Proteine, die helfen, die Zellteilung zu regulieren. 17

BIOWISSENSCHAFTEN

So gelang es Joao Matos und seinem Team schliesslich aufzuzeigen, welche Ripes für welche Phase der Zellteilung wichtig sind und welche Hilfsproteine jeweils mit den Ripes interagieren. Ein erstes überraschendes Ergebnis: Die Menge der Ripes bleibt in allen Phasen von Mitose und Meiose fast konstant. Das heisst, die Regulierung der Ripes in der Zelle kann nicht auf klassische Weise erfolgen, indem die Produktion der Ripes entweder hochgefahren oder reduziert wird. Die Aktivität der Ripes muss anders artig gesteuert werden. «Die Zellen regulieren die Zellteilung und DNA-Reparatur also nicht wie viele andere Prozesse über die Produktion der beteiligten Proteine», sagt Matos. Stattdessen interagieren Hilfsproteine jeweils gezielt mit den Ripes, um sie in einer spezifischen Phase ein- oder auszuschalten. «Alle Komponenten sind immer da, werden aber je nach Aufgabe neu verdrahtet», sagt der ETH-Professor. So erkannten die Forschenden zum Beispiel, dass drei der Ripes, die in den meisten Phasen mit sehr vielen Helfern interagieren, just in der sogenannten Metaphase der Meiose – nämlich dann, wenn die mütterliche und väterliche DNA durchmischt wird – fast alle Interaktions-

Ein Guter Tipp

Laborchemikalien Bioanalytik Chromatographie Filtration

Die Ergebnisse aus Hefezellen liessen sich auch auf den Menschen übertragen, so die Forscher.

Die Mitose und Meiose im Vergleich In der Mitose (Mitosis) wird die Zelle geklont, der Chromosomensatz 2 n bleibt erhalten. Die Mitose ist also die Verdoppelung der Körperzellen, wie Blutkörperchen, Hautzellen usw. Sie beschreibt die gewöhnliche Zellvermehrung. Die Meiose (Meiosis) hingegen findet nur in den Geschlechtszellen (beim Menschen Spermien und Eizellen) statt. Diese Zellen vermehren sich anders als die Körperzellen. Sie müssen nämlich genau die Hälfte der Erbinformationen in sich tragen. Das heisst, der Chromosomensatz wird halbiert, damit die Zelle später nach der Befruchtung (Vereinigung zweier Geschlechtszellen) wieder den gewöhnlichen Chromosomensatz aufweist. In der

partner verlieren. Im Gegenzug bildet sich zu diesem Zeitpunkt ein anderer Proteinkomplex. «Dieser muss demnach für das Vermischen der mütterlichen und väterlichen DNA zuständig sein», folgert Matos. Zudem haben die ETH-Forscher eine Menge an neuen Helferproteinen identifiziert, deren Rolle zuvor noch nicht bekannt war.

Sind die Proteine an Krankheiten beteiligt?

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Bilder: Shutterstock

Hilfsproteine regulieren die Aktivität

Die Ergebnisse aus den Hefezellen liessen sich auch auf den Menschen übertragen, sind sich die Forscher einig. Denn für jedes der beteiligten Hefeproteine gibt es eine Entsprechung im Menschen, die gleich oder sehr ähnlich funktioniert. Darum können die Forschenden um Matos sowie andere Wissenschaftler auf diesen Erkenntnissen aufbauen. Sie können nun gezielt

Darstellung gibt es allerdings eine kleine Ungenauigkeit. Finden Sie sie?

einzelne Proteine untersuchen, um zu erkennen, ob und wie sie an der Entwicklung von Erkrankungen beteiligt sind – um schliesslich ein Mittel dagegen zu finden. Originalpublikation P. Wild, et al., «Network Rewiring of Homologous Recombination Enzymes during Mitotic Proliferation and Meiosis», Molecular Cell (2019); DOI: 10.1016/j.molcel. 2019.06.022

Kontakt ETH Zürich Rämistrasse 101 CH-8092 Zürich +41 44 632 42 44 news@hk.ethz.ch www.ethz.ch/news

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LABOR

Breite Einsatzmöglichkeiten

Besonders einfache Analyse von Zuckern Kohlenhydrate stellen den grössten Teil der Biomasse auf der Erde dar: Sie entstehen in der Regel durch Photosynthese und sind daher in allen Pflanzen und pflanzenbasierten Stoffen enthalten. Die Menge und die Zusammensetzung der Kohlenhydrate in einer Probe bergen zudem je nach Kontext ganz unterschiedliche Informationen. Sie werden darum in verschiedenen Industrien analysiert. Hierfür eignet sich die klassische Analysemethode der Ionenchromatographie.

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Bilder: Metrohm

Bild 1: D-Glucose und D-Galactose in der Fischer-Projektion. Die Moleküle unterscheiden sich nur durch die Stellung der OH-Gruppe am C4-Atom.

10000

fructose

9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 sucrose

In der Schweiz schreibt eine Verordnung des Eidgenössischen Departement des Innern [2] die Angabe der Nährwerte auf allen Lebensmitteln vor (mit Ausnahme einiger Produkte). Es ist heute daher strafbar, den Brennwert sowie bestimmte Nährstoffe, darunter Kohlenhydrate und Zucker nicht auf die Verpackung des Produktes anzugeben. Somit ist die Analyse von Kohlenhydraten für die Lebensmittel industrie längst Standard geworden.

glucose

Zucker in Lebensmitteln

Current [nA]

In der Lebensmittelindustrie ist der Kohlenhydrat- bzw. Zuckergehalt bekanntermassen ein wichtiger Faktor für die Nährwertbestimmung von Nahrungsmitteln und Getränken. In der Umweltanalytik dagegen wird – um nur ein Beispiel zu nennen – der Anhydrozucker Levoglucosan in Aerosolen bestimmt, der bei der Pyrolyse von Cellulose entsteht und als Marker für die Biomasseverbrennung dient. Kohlenhydrate setzen sich aus einer oder mehreren Monosaccharideinheiten zusammen, die jeweils über eine Carbonylfunktion (Aldehyd- oder Ketogruppe) und viele Hydroxylgruppen verfügen [1]. Da die Mono-, Di- und Oligosaccharide wasserlöslich sind, ist die Ionenchromatographie, die in der wässrigen Phase stattfindet, besonders geeignet für ihre Analyse: Es ist keine Extraktion in die organische Phase notwendig und die Bestimmung kann direkt erfolgen. Allerdings wird eine hochkapazitive Säule benötigt, denn Zucker sind verhältnismässig grosse Moleküle, die einander in vielen Fällen ähneln (z. B. Glucose und Galactose, siehe Bild 1). Beispielsweise bietet das Unternehmen Metrohm dafür die Trennsäule Metrosep Carb 2.

2000 1000 0 0

Time [min]

Bild 2: Bestimmung von Glucose, Fructose und Saccharose in Apfelsaft. Abgesehen von einer einfachen Verdünnung ist keine Probenvorbereitung notwendig.

LABOR

mungsschritt, von den adsorbierten Molekülen gereinigt und schliesslich konditioniert wird.

1600

galactose glucose

1400

Current [nA]

1200

Rest-Lactose in «lactosefreien» Produkten

1000 800

lactose

600 400 200 0 0

Time [min]

Bild 3: Bestimmung von Lactoserückständen in als lactosefrei deklarierter Milch, angereichert mit 100 mg/l Lactose.

CH2OH

O OH

CH2OH O

OH + H2O

OH OH

Ein wichtiger Bestandteil der Qualitätskontrolle als lactosefrei deklarierter Produkte ist die Bestimmung von Lactoserückständen. Das Ionenchromatogramm in Bild 3 zeigt die Bestimmung von Lactose in einer «lactosefreien» Milch, der 100 mg/l Lactose zugegeben wurde. Die Trennung erfolgte abermals in stark alkalischem Milieu (Eluent: 5 mmol Natriumhydroxid / 2 mmol Natriumacetat), die Detektion mit gepulster Amperometrie. Die im Chromatogramm ersichtlichen hohen Konzentrationen an Galactose und Glucose sind Resultat der enzymatischen Spaltung der Lactose in eben diese monosaccharidischen Bestandteilen (Bild 4). Wegen ihrer proteinhaltigen Matrix muss Milch vor der Analyse dialysiert werden. Das geschieht mit der «Inline Sample Preparation» von Metrohm vollautomatisch, bedeutet also keinen zusätzlichen Aufwand.

OH D-Lactose

β-D-Galactopyranose

β-D-Glucopyranose

Bild 4: Lactose setzt sich aus den Monosacchariden Galactose und Glucose zusammen. Die hier abgebildete Hydrolyse von Lactose wird durch das Enzym Lactase katalysiert.

Neben Stärke, die ein Polymer der Glucose ist, kommen für den Menschen verfügbare Kohlenhydrate in Lebensmitteln grösstenteils in Form von Zuckern vor; laut einer EU-Definition sind das alle Monound Disaccharide mit Ausnahme der mehrwertigen Alkohole. Den Grossteil der Zucker in Lebensmitteln bilden die Monosaccharide Glucose, Fructose, Galactose und die Disaccharide Saccharose, Lactose und Maltose.

Apfelsaftanalyse ohne Probenvorbereitung Das Chromatogramm in Bild 2 wurde nach der Injektion von Apfelsaft erhalten, der mit ultrareinem Wasser verdünnt wurde. Abgesehen davon ist keine Probenvorbereitung nötig. Der alkalische Eluent (100 mmol/l Natriumhydroxid / 10 mmol/l Natriumace20

tat) sorgt dafür, dass die Zucker dissoziiert (als Anionen) vorliegen und so durch den Ionenaustauscher in der Säule getrennt werden können. Weil Kohlenhydrate elektrochemisch aktiv sind, können sie durch amperometrische Detektion nachgewiesen werden. Dabei werden die Analyten durch Anlegen eines Potenzials an einer Arbeitselektrode oxidiert, woraus ein elektrischer Strom resultiert, der ihre Konzentration preisgibt. Mit der Zeit bilden Kohlenhydrate bei Anlegen eines kontinuierlichen Potenzials aber Ablagerungen auf der Arbeitselektrode. Deshalb wird der amperometrische Detektor im PAD-Modus (gepulste amperometrische Detektion, engl. «pulsed amperometric detection») betrieben. Ein dreistufiges, sich zyklisch wiederholendes Potenzial sorgt hier dafür, dass die Elektrode nach der Strommessung, also dem Bestim-

Marker in der Umweltanalytik Feinstaubgrenzwerte, die dem Gesundheitsschutz dienen, werden vielerorts regelmässig überschritten. Die üblichen Verdächtigen dies betreffend sind Verkehr und Industrie, doch auch die private Holzverbrennung zu Heizzwecken konnte mit hohen Feinstaubwerten in Verbindung

OH O

OH OH

Bild 5: Levoglucosan (1,6-Anhydro-β -D-glucopyranose) entsteht bei der Pyrolyse von Cellulose und wird daher häufig als Tracer für Biomasseverbrennung verwendet.

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LABOR

5500

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Systempeak

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sucrose

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xylose

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glucose

inositol erythritol

Current [nA]

3500

rhamnose

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mannosan galactosan

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levoglucosan

arabitol sorbitol mannitol

5000

Time [min]

Bild 6: Bestimmung von Tracern für die Holzverbrennung (Levoglucosan, Mannosan und Galactosan) und biologischen Zuckern und Alkoholen, die z. B. in Pollen vorkommen.

gebracht werden [3]. Um Holzverbrennung nachzuweisen, wird häufig der Tracer Levoglucosan (Bild 5) bestimmt. Bild 6 zeigt die Bestimmung einer Standardlösung, in der neben Levoglucosan auch Mannosan und Galactosan analysiert wurden – ebenfalls Produkte der Biomasseverbrennung – sowie mehrere biologische Zucker und Alkohole, die typischerweise auf Aerosolpartikeln zu finden sind. Die hochkapazitive Säule erzielt eine gute Trennung aller Substanzen, die dadurch in einer einzelnen Analyse bestimmt werden können.

Die neue «Kohlenhydratsäule» Die Chromatographiesäule Metrosep Carb 2 zeichnet sich durch ihre hohe Ionenaustauschkapazität aus, das heisst durch die hohe Zahl an Ionenaustauschergruppen, die ihr Trägermaterial besitzt. Das ermöglicht die saubere Trennung der verschiedenen Zucker. Entsprechende Applikationen kommen in einer Reihe von Branchen zum Einsatz: Wasser- und Umweltanalytik, Pharma- und Lebensmittelbranche, Forensik, kosmetische Industrie sowie die Kon trolle von Biokraftstoffen. Neben der Kohlenhydratanalytik eignet sich die Metrosep Carb 2 auch für Bestimmungen in Proben mit hohem Salzgehalt, an denen minderkapazitive Säulen scheitern, z. B. Meerwasser. 1–2/2020

Literatur [1] R. Ebermann und I. Elmadfa, «Lebensmittelchemie und Ernährung», Springer-Verlag/Wien (2008). [2] Eidgenössisches Departement des Innern, «Verordnung des EDI betreffend die Information über Lebensmittel (LIV)» vom 16. Dezember 2016. [3] Bundesinstitut für Risikobewertung, «Analyse des quantitativen Einflusses der Holzverbrennung auf die Feinstaubkonzentration in Berlin und Brandenburg anhand des Tracers Levoglucosan (Levoglucosan)», (2014); abgerufen am 14.01.2020 von http://www.bfr.bund.de/de/analyse_des_ quantitativen_einflusses_der_holzverbrennung_auf_die_feinstaubkonzentration_ in_berlin_und_brandenburg_anhand_ des_tracers_levoglucosan_ _levoglucosan_-193056.html

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LABOR

Virusartige Partikel charakterisieren

Komplementäre Methode zur MS-Analyse Die Grösse von biologischen Partikeln verrät bemerkenswert exakt, um welche Partikel es sich handelt. Virusartige Partikel werden unter anderem für Impfungen eingesetzt. Sie sehen aus wie Viren, enthalten aber nicht deren Erbinformation und können sich in den Zellen daher auch nicht vermehren. Allerdings ist es technisch kompliziert, sie präzise zu charakterisieren. Forschende an der Technischen Universität Wien zeigten, welche Nachweismethode erfolgreich eingesetzt werden kann.

«Wenn man virusartige Partikel in der Medizin verwenden möchte, muss man natürlich sehr genau wissen, um welche Partikel es sich handelt», sagt Victor Weiss, Assistenzprofessor am Institut für Chemische Technologien und Analytik. «Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das festzustellen, die aber alle gewisse Nachteile haben.» Bei manchen Methoden müssen die Partikel erst zerstört werden, um dann die Bruchstücke analysieren zu können. Andere funktionieren nur, wenn die Probe sehr rein ist. Bilder aus dem Elektronenmikroskop wiederum sind zwar recht aussagekräftig, lassen aber nur Aussagen über einige wenige Partikel zu, obwohl man eigentlich lieber statistische Aussagen über Tausende Partikel haben möchte. «Besonders aufschlussreich wäre es, die molekulare Masse eines solchen Partikels möglichst genau zu kennen», sagt Victor

¹ Technische Universität Wien

Bilder: TU Wien

Florian Aigner ¹

Bild 1: Der Durchmesser der Partikel korreliert exakt mit der Masse (M w ). Auf die Masse der Teilchen kann also mit der B estimmung des Durchmessers geschlossen werden. Die Grafik zeigt zudem die Grössenordnung der virusartigen Partikel (VLPs).

Weiss. Nachdem unterschiedliche Biopartikel unterschiedliche Masse haben, kann man sie auf diese Weise gut voneinander unterscheiden. Genau dafür wurde ursprünglich die Technik der Massenspektro-

metrie entwickelt: Dabei werden Partikel nach ihrer Masse und Ladung getrennt. Allerdings ist diese Methode für biologische Partikel, die um Grössenordnungen schwerer sind als einfache kleine Mole-

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LABOR SYMPOSIUM ON LAB AUTOMATION

Schwerpunkt: USABILITY & CONNECTIVITY Donnerstag, 12.3.2020 an der HSR Hochschule für Technik Rapperswil

Bild 2: Im Labor der Technischen Universität Wien (v. l.): Samuele Zoratto und Victor Weiss.

küle, sehr schwierig anzuwenden. «Es gibt Forschungsgruppen, die gezeigt haben, dass Massenspektrometrie grundsätzlich auch für derartige Partikel eingesetzt werden kann, allerdings muss die Probe dabei äusserst rein sein, sonst überlagern sich Signale unterschiedlicher Partikelsorten so sehr, dass man keine Aussagen mehr treffen kann», erklärt Victor Weiss.

Der Durchmesser verrät den Partikeltyp In der Forschungsgruppe für Massenspektrometrische Bio- und Polymeranalytik der Technischen Universität Wien beschloss man daher zu untersuchen, ob sich eine andere Methode für diesen Zweck eignet: Die Gasphasen-Elektrophorese. Dabei lassen sich Partikel nicht nur nach Masse und Ladung, sondern vor allem nach Durchmesser sortieren. Virusartige Partikel sind meist näherungsweise rund, viele von ihnen haben Ikosa eder-Form, daher kann man einfach durch exaktes Messen des Durchmessers schon mit grosser Genauigkeit sagen, welches Molekulargewicht die Partikel haben. Das Team optimierte die Gasphasen-Elektrophorese-Anlage an der TU Wien genau für diesen Zweck und so gelang es tatsächlich, einen bemerkenswert exakten Zusammenhang zwischen Durchmesser und Masse zu finden (Bild 1). «Wenn wir mit unserer Methode vom Durchmesser auf 1–2/2020

die Masse schliessen, liegen wir nur um maximal 1,5 Prozent neben den Werten, die theoretisch für diese Partikel vorhergesagt worden sind», sagt Victor Weiss. «Das ist eine bemerkenswerte Genauigkeit, mit der die Bestimmung des virusartigen Partikels schon sehr gut möglich ist.» Das Team hofft, die Methode der Gasphasen-Elektrophorese in diesem Bereich dauerhaft zu etablieren. «Unsere Methode ist komplementär zur klassischen Massenspektrometrie», sagt Victor Weiss. «Gerade aus einer Kombination beider Methoden wird man in Zukunft schnell und zuverlässige Ergebnisse erhalten können.» Originalpublikation V. Weiss et al., «Virus-like particle size and molecular weight/mass determination applying gas-phase electrophoresis (native nES Gemma)», Anal Bioanal Chem (2019) 411: 5951.

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SYMPOSIUM ON LAB AUTOMATION

MEDIZIN

Babys im Mutterleib von Umweltgiften belastet

Umweltöstrogen passiert die Plazenta Frühkindliches Leben im Mutterleib gilt als besonders empfindlich gegenüber Umweltschadstoffen. Ein Team um Benedikt Warth von der Fakultät für Chemie der Universität Wien und Tina Bürki vom Schweizer Materialforschungsinstitut Empa konnte nun erstmals nachweisen, wie sich das verbreitete Lebensmittelöstrogen Zearalenon im Mutterleib verbreitet. Mittels einer neuen analytischen Methode zeigte sich, dass das Fremdöstrogen die Plazenta durchwandern kann und zu bedenklichen Stoffwechselprodukten umgewandelt wird.

Fremdöstrogene werden über die Umwelt, insbesondere über die Nahrung, aufge nommen. Sie können als östrogenartige Substanzen den körpereigenen Hormon haushalt tiefgreifend beeinflussen. Das weit verbreitete Lebensmittelöstrogen Ze aralenon wird von Schimmelpilzen der Gattung Fusarium gebildet und gelangt vor allem über den Speiseplan mit Brot, Müsli und anderen Zerealien in unseren Körper. «Die Plazentaschranke bietet dem ungebo renen Kind einen gewissen Schutz gegen über Bakterien, Viren und manchen Fremd stoffen wie zum Beispiel bestimmten Medikamenten oder vom Körper aufge nommene Umweltgifte. Doch Zearalenon wandert, wie wir nun erstmals zeigen konnten, durch die Plazenta hindurch», sagt Erstautor Benedikt Warth vom Institut für Lebensmittelchemie und Toxikologie der Universität Wien.

Nur menschliche Plazenten liefern Resultate Der Weg von Zearalenon durch den Mut terleib zeigte sich bei Versuchen mit voll funktionierenden Plazenten, die nach ge planten Kaiserschnitten zur Verfügung standen: «Die Verwendung von menschli chen Plazenten ist sehr wichtig, um aussa gekräftige Resultate zum Transport und Stoffwechsel von Zearalenon zu erhalten», sagt Tina Bürki von der Empa St. Gallen. «Der Grund sind die Eigenschaften der Pla zenta beim Menschen, weil Struktur, Funk

¹ Universität Wien ² Empa, Dübendorf

Bild: golubov y

Lena Yadlapalli ¹, Andrea Six ²

Schon vor der Geburt belastet: Neugeborene werden nicht erst mit der Muttermilch mit Umweltgiften in Kontakt kommen, Umweltöstrogene belasten das Kind bereits im Mutterleib.

tion und metabolische Kapazität einzigar tig und spezifisch sind.» Die Forscherinnen und Forscher haben die Konzentrationen von Zearalenon im Gewebe der Plazenta selbst wie auch in einer Nährlösung vor Eintritt und nach Austritt aus der Plazenta – und daher im Einflussbereich des Fötus – gemessen. Gleichzeitig konnten sie die verschiede nen Stoffwechselprodukte untersuchen, die durch Enzyme in der Plazenta gebildet werden. «Sobald wir Umweltstoffe aufnehmen, werden diese im Körper über unseren Stoffwechsel in der Regel entgiftet und ausgeschieden. Es gibt aber auch Enzy me, die diese Substanzen noch stärker aktivieren», sagt Bürki. So auch in diesem

Fall: Die Plazenta bildet aus Zearalenon ein neues Stoffwechselprodukt mit einer um etwa Faktor 70 höheren Östrogen aktivität. Selbst geringe Konzentrationen könnten damit schon einen grösseren Effekt auf das Kind im Mutterleib haben als bisher angenommen. «Diese Erkennt nis sollte in künftigen Risikobewertungen berücksichtigt werden – auch wenn die Grenzwerte schon jetzt in Kindernahrung und Muttermilchersatzprodukten strenger geregelt sind als für normale Produkte und die EU die weltweit niedrigsten Grenzwerte eingeführt hat», so Benedikt Warth. Das körpereigene Gleichgewicht der Hor mone ist sehr sensibel. Man geht davon aus, dass sich eine frühe Exposition mit 1–2/2020

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CH2 Bild: Universität Wien

A NG Das Lebensmittelöstrogen Zearalenon wandert durch die Plazenta, wie Forscher erstmals zeigen konnten.

Fremdöstrogenen viele Jahrzehnte später auf verschiedene Erkrankungen wie Brustoder Gebärmutterhalskrebs, aber auch auf andere Symptome wie eine verfrühte Pu bertät oder Unfruchtbarkeit auswirken könnte. «Bis weitere Forschungsergebnisse vorliegen, kann man lediglich zu einer ab wechslungsreichen Ernährung raten, um die Belastung mit den Giftstoffen zu redu zieren», so die Studienautorinnen und der Studienautor. Erst vor kurzem hatte das Team um Bene dikt Warth, Doris Marko und Karin Preindl von der Universität Wien in einer Studie in «Analytical Chemistry» die entscheidende Grundlage für die aktuelle Arbeit geliefert: Sie stellten ein analytisches Verfahren vor, mit dem über 50 verschiedene Fremdöstro gene simultan in 20 Minuten in verschiede nen biologischen Proben, etwa Urin, Blut serum und Muttermilch, gemessen werden können. Bisher konnte man diese Umwelt kontaminanten nur einzeln messen. «Unsere Methode umfasst praktisch alle wichtigen Fremdstoffe, die auf das östro gene System wirken. Das beinhaltet auch zahlreiche andere Substanzen, über die aktuell viel diskutiert wird, z. B. Bisphenol A, Pestizide oder Chemikalien, die in Kunststoffen eingesetzt werden», so Warth. Mit der neuen analytischen Metho de erhoffen sich die ForscherInnen, künf tig die Exposition und kombinatorischen Wirkungen von Umweltschadstoffen im 1–2/2020

menschlichen Körper besser untersuchen zu können. Originalpublikation B. Warth et al., «Transfer and Metabolism of the Xenoestrogen Zearalenone in Hu man Perfused Placenta», Environmental Health Perspectives (2019); DOI: 10.1289/ EHP4860

NEUES DENKEN FÜR DAS LABOR DER ZUKUNFT. Kontakt Dr. Tina Bürki Laboratory for Particles-Biology Interactions Empa Lerchenfeldstrasse 5 CH-9014 St.Gallen +41 58 765 76 96 tina.buerki@empa.ch www.empa.ch Assoz. Prof. Dr. Benedikt Warth Institut für Lebensmittelchemie und Toxikologie Universität Wien Währinger Strasse 42 A-1090 Wien +43 664 60277 70806 benedikt.warth@univie.ac.at www.univie.ac.at

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Ursache für Hyperaldosteronismus

Genetischer Krankheitsauslöser bestätigt

Mit der Arbeit haben die Forscher von dem Berliner Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) und dem Max-Delbrück-Centrum (MDC) nicht nur einen wichtigen Krankheitsmechanismus Schritt für Schritt entschlüsselt, sondern auch Grundlagen für die weitere Erforschung des komplexen Krankheitsbildes gelegt. Die Ergebnisse sind im Fachjournal «Nature Communications» erschienen. Unser Blutdruck wird unter anderem von Hormonen reguliert. Eine nicht zu unterschätzende Rolle spielt dabei das Steroidhormon Aldosteron. Es wird in den Nebennieren gebildet und ist an der Regulation des Wasser- und Salzhaushalts des Körpers beteiligt. Beim Hyperaldosteronismus produzieren die Nebennieren zu viel Aldosteron, wodurch Natrium im Körper zurückgehalten und vermehrt Kalium ausgeschieden wird. Die Folge ist ein krankhaft erhöhter Blutdruck, weshalb man auch von sekundärem Bluthochdruck spricht. Auch die Nieren nehmen oft Schaden. Bis vor kurzem wusste man wenig über die pathologischen Mechanismen der auch als Conn-Syndrom bezeichneten Erkrankung. Im Jahr 2018 konnten die Pariser Wissenschaftler um Dr. Maria-Christina Zennaro in Zusammenarbeit mit den Berliner Kollegen vom FMP und MDC sowie eine weitere Gruppe aus Deutschland und den USA um Professorin Ute Scholl vom Berlin Institute of Health

Bild: Audrey H. Soria

Hyperaldosteronismus ist eine Erkrankung der Nebennieren, die aufgrund einer Überproduktion des Hormons Aldosteron zu Bluthochdruck und oft auch zu Nierenschäden führt. Dass mehrere betroffene Patienten eine genetische Mutation im ClC-2-Chloridkanal in sich tragen, wurde erst kürzlich aufgedeckt. Dass diese Mutationen tatsächlich auch Krankheitsauslöser sind und wie die veränderten Kanäle die Krankheit verursachen, das konnten jetzt Forscher erstmals anhand eines neuen In-vivo-Modells zeigen.

Kalzium-Messungen von Aldosteron-produzierenden Zellen der Nebenniere. Sind die Zellen blau, ist die Kalzium-Konzentration in diesen Zellen niedrig. Grüne und rote Zellen haben eine erhöhte Kalzium-Konzentration, was die Produktion von Aldosteron zur Folge hat.

(BIH) und der Charité – Universitätsmedizin Berlin erstmals nachweisen, dass bei betroffenen Patienten eine Mutation im Gen für den ClC-2-Chloridkanal vorliegt. Sechs verschiedene Mutationen wurden bislang beschrieben (publiziert in «Nature Genetics» 2018). Unklar war allerdings der kausale Zusammenhang zwischen Genmutation und Überproduktion von Aldoste-

ron. Diese Lücke haben nun die Forscher von FMP und MDC geschlossen.

Kausalität zwischen Mutation und Krankheit Das Team um Prof. Thomas Jentsch, der die erste Chloridkanalfamile, zu der auch ClC-2 gehört, vor fast 30 Jahren als Erster

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Mutation ursächlich an der Krankheitsentstehung beteiligt ist. Chloridkanäle in Nieren Die Chloridkanäle befinden sich in Membranen von Zellen und Zellorganellen und übernehmen als Durchgang für Anionen unterschiedliche Funktionen. In der Niere erfüllen spannungsabhängige Chloridkanäle der Familie ClC diese Aufgabe.

entdeckt hatte, untersuchte die beschriebenen Mutationen zunächst in vitro. Dabei fanden die Forscher, dass alle bisher bekannten, vermeintlich Hyperladosteronismus verursachenden ClC-2-Mutationen den Chloridstrom des Kanals drastisch erhöhen. Um den Beweis zu erbringen, dass die Erhöhung des Chloridstroms von ClC-2 zu Hyperaldosteronismus führt, haben die Forscher anschliessend ein Mausmodell entwickelt, das ClC-2 über eine andere, «künstliche» Mutation aktiviert. Die genetisch veränderten Mäuse wiesen enorm erhöhte Chloridströme in den Aldosteron-absondernden Zellen auf, was unter anderem zu einem starken, pathologischen Anstieg der Aldosteron-Konzentration im Blut der Nager führte. Daraus resultierte – genau wie bei Patienten – ein krankhaft erhöhter Blutdruck und sekundär eine verringerte Renin-Aktivität, ein Hormon, das normalerweise die Aldosteronproduktion erhöht. Somit konnten die Forscher den Nachweis erbringen, dass die

Chloridkanal stetig geöffnet «Wir haben gesehen, dass der Kanal durch die Mutationen ständig geöffnet ist, wodurch die elektrische Spannung über die Zellmembran der Hormon-produzierenden Zelle stark verändert wird. Dadurch kommt es zu einem Einstrom von Kalzium, was wiederum zu einer Überproduktion von Aldosteron führt», erläutert Dr. Corinna Göppner, die zusammen mit Dr. Ian Orozco Erstautorin der Studie ist und gerade über ClC-2 promoviert hat. «Was sich aufgrund des mutierten Chloridkanals genau im Organismus abspielt, das haben wir an unserem Modell erstmals Schritt für Schritt in allen Details zeigen können, so die Biologin weiter. «Insofern hat unsere Arbeit hervorragend die humangenetischen Befunde ergänzt und erweitert.» Das in Berlin-Buch entwickelte Maus-Modell ist das erste In-vivo-Modell, das die Krankheit mit all seinen Symptomenkomplett abbildet, und gilt als das bisher beste seiner Art. Es ist also perfekt dafür geeignet, die pathologischen Mechanismen des Hyperaldosteronismus weiter zu erforschen und auch sekundäre Effekte wie Langzeitschäden zu identifizieren. Leichte Nierenschäden haben die Forscher bereits sehen können, aber sie erhoffen sich noch mehr davon: «Wir gehen im Moment davon aus, dass ein ständig geöffneter Chlo-

ridkanal auch Einfluss auf andere Organe haben könnte», sagt Gruppenchef Prof. Thomas Jentsch. Hierüber wisse die Medizin derzeit leider noch wenig, dabei sei das Thema Langzeitfolgen für Patienten hoch relevant. «Unser Mausmodell kann definitiv bei der Aufklärung helfen, was wieder mal die Relevanz der Grundlagenforschung für die Klinik zeigt.» Originalpublikation Corinna Göppner, Ian J. Orozco, Maja B. Hoegg-Beiler, Audrey H. Soria, Christian A. Hübner, Fabio L. Fernandes-Rosa, Sheerazed Boulkroun, Maria-Christina Zennaro, Thomas J. Jentsch, «Pathogenesis of hypertension in a mouse model for human CLCN2 related hyperaldosteronism», Nature Communications (2019); DOI: 10.1038/s41467-019-12113-9

Kontakt Prof. Thomas J. Jentsch Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie im Forschungsverbund Berlin e.V. (FMP) Campus Berlin-Buch Robert-Roessle-Strasse 10 D-13125 Berlin +49 30 9406 2961 jentsch@fmp-berlin.de www.leibniz-fmp.de

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NEWS

RZE KÜRZE – IN KÜ N I – E Z R Ü K IN KÜRZE – IN n Mit einer neuen experimen tellen Methode geben For schende der TU Graz in «Nature Communications» erstmals Ein blicke in die Bewegung von Wassermolekülen. Das Verhal ten von Wasser wurde auf ei nem derzeit besonders inte ressanten Material erforscht: dem topologischen Isolator Bismuttellurid. Bismuttellurid könnte für den Bau von Quan tencomputern eingesetzt wer den. Wasserdampf wäre dann ein Umwelteinfluss, dem aus Bismuttellurid gebaute Anwen dungen im realen Betrieb aus gesetzt sein könnten. www.tugraz.at n Der Spezialchemie-Konzern Lanxess hat im Januar 2020 den Verkauf seines Geschäfts mit Chromchemikalien abge schlossen. Käufer ist Brother Enterprises, ein chinesischer Hersteller für Lederchemikali en. Alle zuständigen Kartellbe hörden haben die erforderli chen Zustimmungen zu der im August 2019 angekündig ten Transaktion erteilt. Mit Vollzug der Transaktion hat Lanxess einen Erlös von rund 80 Millionen Euro erhalten. www.lanxess.com n BASF hat den bereits ange kündigten Verkauf ihres Ge schäfts mit Ultrafiltrations membranen an DuPont Safety & Construction (DuPont) ab geschlossen. Die Devestition umfasst die Anteile an der In ge GmbH, den Hauptsitz und Produktionsstandort in Grei fenberg einschliesslich aller Mitarbeiter, den internationa len Vertrieb des Unterneh mens sowie bestimmte geisti

ge Eigentumsrechte, die sich bisher im Besitz der BASF SE befanden. Finanzielle Details der Transaktion werden nicht bekannt gegeben. www.basf.com n Einem Forscherteam, unter führender Beteiligung von Evonik, ist ein Durchbruch auf dem Gebiet der Carbonylie rungs-Chemie gelungen. Die Carbonylierung ist eine der be deutendsten Reaktionsklassen in der chemischen Industrie. Es geht dabei um die kataly sier te Einführung einer CO-Gruppe (Carbonyl-Grup pe) in organische Verbindun gen. Wissenschaft und Indus trie hatten schon seit mehr als 60 Jahren nach einer Möglich keit gesucht, den nun gelunge nen Reaktionsschritt zu reali sieren. www. corporate.evonik.de n Merck hat die Unterzeich nung einer Lizenzvereinba rung mit Promega Corp. be kannt gegeben, im Rahmen derer Merck dem US-amerika nischen Life-Science-Unter nehmen mit Sitz in Madison, Wisconsin, Zugang zu seinem geistigen Eigentum an der grundlegenden Crispr-Techno logie gewährt. Promega wird die Crispr-Genomeditierungs technologie von Merck an wenden, um neue Produkte und Dienstleistungen für die Forschung zu entwickeln, die unter anderem bei der Arznei mittelentwicklung zum Einsatz kommen sollen. www.merckgroup.com n Seit 1. Januar 2020 verant wortet die Schweizerin Rebec

ca Guntern das Europage schäft der Generikadivision von Novartis und wurde zeit gleich in die Geschäftsleitung von Sandoz berufen. Sandoz ist führend im europäischen Generikamarkt und in über 40 europäischen Ländern tätig. 2019 erwirtschaftete Sandoz weltweit einen Umsatz von rund 10 Mrd. Euro. www.novartis.ch n Die Unternehmen Retsch Technology GmbH, Microtrac Europe GmbH und BEL Eu rope GmbH sind in die neue Microtrac Retsch GmbH über gegangen. Damit bekommen Anwender der Partikelcharak terisierung in der Emea-Re gion Zugang zu dem weltweit breitesten Produktportfolio aus einer Hand. Unter dem Markennamen Microtrac MRB bietet das Unternehmen Sys teme für die Partikelcharakte risierung mittels Dynamischer und Statischer Bildanalyse, Laserbeugung, Dynamischer Lichtstreuung sowie Gasad sorptionsanalytik zur Bestim mung von spezifischen Ober flächen und Porengrössenver teilungen an. www.microtrac.de n ETH-Forscher stellten 18-karätiges Gold her, das sehr leicht ist. Grundlage ist eine Matrix aus Plastik, welche metallische Legierungsele mente ersetzt. Liebhaber von Golduhren und schwerem Schmuck können sich freuen. Die Objekte ihrer Begierde dürften dereinst viel leichter werden und trotzdem edel glänzen. Gerade bei Armband uhren ist ein geringes Gewicht

entscheidend. Niemand mag eine schwere Uhr am Handge lenk tragen, selbst wenn sie aus echtem Gold besteht. Das ist auf die Dauer unangenehm und störend. www.eth.ch n Forschende des gemeinsa men EPFL-Empa-Labors ha ben ein Reaktorsystem und eine Analysemethode entwi ckelt, die es erstmals erlau ben, die Herstellung von syn thetischem Erdgas aus CO2 und nachhaltig produziertem Wasserstoff in Echtzeit zu be obachten. Infrarot (IR)-Ther mografie wird eingesetzt, um die Temperatur von Men schen und Objekten mit ho her Präzision und ohne Beein trächtigung des zu messen den Systems zu bestimmen. Ein einzelnes Bild, das mit ei ner IR-Kamera aufgenommen wird, kann die gleiche Menge an Informationen wie Hunder te bis Millionen von Tempera tursensoren auf einmal erfas sen. www.empa.ch n Forschenden der Universität Basel ist es gelungen, soge nannte molekulare Fabriken zu entwickeln, die die Natur nach ahmen. Dafür haben sie künst liche Organellen in mikrome tergrosse, natürliche Bläschen (Vesikel) verpackt, die von Zel len produziert werden. Solche molekularen Fabriken sind auch nach der Injektion in ein Tiermodell intakt, erfüllen ihre Funktion und weisen keine To xizität auf, berichtet das Team in der Fachzeitschrift «Ad vanced Science». www.unibas.ch

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NEWS

Der Abrieb von Autoreifen, Kunstfasern aus Kleidung und Plastikverpackungen von Le bensmitteln: Jeder Mensch ver teilt tagtäglich grosse Mengen an grossen und kleinen Kunst stoffteilchen in die Umwelt. «Ein Verzicht auf massenhaf ten Gebrauch von Kunststoff produkten könnte die Plastik flut in der Umwelt wirkungsvoll eindämmen», sagt Dr. Andreas Köhler, Forscher am Öko-Insti tut. Plastikrecycling ist zwar wichtig, reicht aber allein nicht aus, um Mikroplastik von der Natur fernzuhalten. «Auch Er satzmaterialien wie bioabbau bare Kunststoffe oder Baum wolltextilien verlagern die Um weltprobleme lediglich, statt sie wirklich zu lösen.» Köhler hat sich gemeinsam mit mehreren Experten des Öko-Instituts im Projekt «Oh ne Plastik leben – aber wie!?»

mit den Ursachen des heuti gen Massenkonsums von Kunststoffen auseinanderge setzt. Das Projekt analysiert Möglichkeiten und Auswirkun gen eines Plastikverzichts in drei Anwendungsgebieten. Dabei wurden auch Erfahrun gen von Verbraucherinnen und Verbrauchern bei der Plastikvermeidung mit in Be tracht gezogen. «Die Plastikverschmutzung der Natur ist unumkehrbar, das Zu rückholen von Billionen kleins ter Plastikfragmente aus Bö den, Flüssen und Meeren kann der Mensch nicht leisten», sagt Projektkoordinator Köhler. «Das wirkliche Ausmass der Schädi gung ist momentan noch nicht abschätzbar.» Deshalb ist es jetzt umso dringlicher, die wei tere Plastikfreisetzung in die Umwelt deutlich zu vermin dern.

Von den meisten Menschen unbemerkt sind Fahrzeugrei fen die grössten Verursacher von Kunststoffpartikeln in der Umwelt. Fahren verursacht Reifenabrieb und so gelangen jährlich rund 100 000 Tonnen Mikroplastik in Deutschland in die Umwelt – etwa ein Drittel des gesamten Auf kommens. Polymer-Mikrofasern lösen sich beim Benutzen und Wa schen aus der synthetischen Kleidung. Etwa 77 Gramm da von setzt jede Person in Deutschland pro Jahr frei. Das Meiste davon landet im Haus staub und im Waschwasser. Fertiggerichte, Käse- und Wurst aufschnitte sowie Joghurt in Einweg-Verpackungen aus Kunststoff waren ursprünglich für Ausnahmesituationen wie den Ausser-Haus-Verzehr ge dacht. Heute ist die so erzielte

Bild: M. Dunne/ETH Zürich

Gegen Mikroplastik hilft nur Vermeidung

Das natürliche Rezeptorbindeprotein der PSA-Phage.

Bequemlichkeit Alltag gewor den – zwischen 80 und 90 Prozent aller Lebensmittel ge langen in einer vorbereiteten Form in die Haushalte und produzieren nebenher viel Plastikmüll. Eine Lösung, Plastik zu ver meiden, wäre die Einweg-Ver packungen durch ein System aus unterschiedlich genorm ten Mehrweg-Behältertypen zu ersetzen. Medienmitteilung Oekoinstitut www.oeko.de

Bild: SNI/Unibas

Empa nimmt Nanomedizin unter die Lupe

Nanopartikel aus Eisen und Silber unter dem Mikroskop. Ein «Kügelchen» ist rund 100 Nanometer klein.

Empa-Forscher um Bernd No wack von der Abteilung Techno logie und Gesellschaft in St. Gal len berechnen die Risiken von Nano-Medikamenten. Das inter disziplinär angelegte Projekt Bio rima erarbeitet das Risikoma nagement von Nanobiomateria lien für Mensch und Umwelt. Erste Lücken hat Nowack be reits vor einiger Zeit geschlos sen, als er mit seinem Team das Risiko von Nano-Goldpartikeln in der Umwelt abschätzte. «Der 1–2/2020

zeit kann man davon ausgehen, dass Nano-Gold in medizini schen Anwendungen keine Pro bleme verursacht», so der For scher. In der neuen Studie ana lysierte Nowacks Team nun weitere Nanomaterialien, die in der Medizin eingesetzt werden. Interessant sind Partikel zwi schen 1 und 100 Nanometern Grösse, weil sie verhältnismäs sig leicht herzustellen sind und beispielsweise für medizinische Bildgebungsverfahren, antimik robielle Beschichtungen oder für die Arzneimittelfreisetzung eingesetzt werden können. Unter den bisher verwende ten Substanzen liessen sich aufgrund vorhandener Daten nun erstmals einige häufig verwendete Nanomaterialien

untersuchen: Darunter war beispielsweise Nano-Chito san, ein Abkömmling eines natürlich vorkommenden Viel fachzuckers. Weitere analysier te Substanzen waren Polyacryl nitril (PAN), das in der antibak teriellen Therapie genutzt wird, sowie Hydroxyapatit (HAP), ein natürliches Mineral. Bei den Analysen stellte sich heraus, dass Chitosan in seiner herkömmlichen Form, sobald es ins Wasser gelangt, giftiger für Wasser-Mikroorganismen ist als in seiner Nanoform. Nano- Chitosan ist demnach weniger gefährlich für aquatische Lebe wesen. Das Nano-Polymer PAN und das mineralische HAP schnitten sogar noch günstiger ab. «Diese Substanzen sind im

Wasser quasi als nicht toxisch einzustufen», so Nowack. Anders sieht es allerdings für Nano-Silber aus, das in der Medizin für seinen antibakteri ellen Effekt geschätzt wird. Was aber bei der Behandlung von Krankheiten erwünscht ist, ist in der Umwelt problema tisch: In der Biosphäre wirkt das anorganische Nanomate rial ebenfalls giftig auf Mikroor ganismen, die allerdings wich tig für die Balance in einem Ökosystem sein können. Die ermittelten Daten fliessen darüber hinaus in den Prozess der Entwicklung neuer Medi kamente ein. Medienmitteilung Empa www.empa.ch 29

VER ANSTALTUNGEN

Chemiebranche sucht nach Fachkräften im Ausland

Die Ilmac lanciert erstmalig eine Jobbörse Die Schweizer Chemie- und Pharmaindustrie benötigt mehr geeignete Fachkräfte, als hierzulande ausgebildet werden. Die Fachmesse für Labor- und Prozesstechnologie (Ilmac) nutzt ihre Kontakte in der Schweiz und gründet dieses Jahr eine neue Plattform für Stellensuchende: Ilmac connect. Die Jobbörse findet erstmals in Freiburg im Breisgau (D) am 16. Juni 2020 statt. Im Interview erklärt uns Messeleiter Michael Bonenberger, wie diese neue Kontaktbörse funktioniert.

Herr Bonenberger, wie kommt eigentlich eine Schweizer Fachmesse auf die Idee, eine Jobbörse im Ausland zu lancieren? Die Ilmac diente eigentlich schon immer als eine Art Jobbörse beziehungsweise Vermittlerbörse innerhalb der Schweiz: Stellenanbieter und Stellensuchende der Branche haben sich auf der Messe getroffen. Neu ist jetzt, dass wir diesen Grundgedanken wirklich konkret aufgreifen. Wir führen die Aussteller und Besucher als eine Community zusammen. Wichtig ist dabei zu sehen, dass es eine wechselseitige Beziehung gibt. Nicht nur die freien Arbeitsplätze der Aussteller, sondern auch die der Besucherfirmen stehen im Fokus. Die Ilmac connect nimmt diese «Jobbörse» aus der Schweiz heraus und transferiert sie in einen Markt hinein, auf welchem noch mehr Fachkräfte zur Verfügung stehen. Oft haben uns Personalverantwortliche mitgeteilt, wie schwierig es sei, genügend Fachkräfte in der Schweiz zu finden. So ist diese Grundidee zustande gekommen. Wenn man nicht mehr genügend Fachpersonen findet, muss man sich eben auf die Suche machen, und zwar dort, wo man noch welche vermutet. Deswegen haben wir uns erst einmal für die nächstgelegene deutsche Stadt mit starker Innovationskraft im Bereich Chemie, Pharma und Biotechnologie entschieden: Freiburg im Breisgau. Zudem befindet sich die Stadt ziemlich in der Nähe des Industriestandortes Basel. Man kann also problemlos von Freiburg nach Basel pendeln. Gerade einmal vierzig Minuten dauert die Zugfahrt. Auch kann sich der Arbeitnehmer überlegen, ob er doch nicht lieber in die Schweiz ziehen möchte, da sie ganz in der Nähe ist. Ach 30

Bild: F W TM

Roger Bieri

Das Freiburger Konzerthaus im Abendlicht.

ja, und zudem liegt Freiburg auf der halben Strecke meines Arbeitsweges. Die Veranstaltung findet wohl nicht auf dem Messegelände in Freiburg statt? Nein, die Jobbörse wird im Konzerthaus der Stadt Freiburg stattfinden. Es ist ein besonderer Ort, wo Kunst und Kultur zusammenkommen, und man denkt nicht als aller erstes an eine Art Networking-Messe. Das Ambiente ist gut geeignet, um die Schweiz kennenzulernen. Auch ich als Nichtschweizer habe die Schweiz vor einigen Jahren kennengelernt. Ich weiss also gut, wie das ist, wenn man eine neue Herausforderung in einem fremden Land wahrnimmt. In der Schweiz ist im Gegensatz zu Deutschland alles ein bisschen «feiner», ein bisschen netter. Also gehen wir von der Industriehalle hinein in ein Konzerthaus, in eine festlichere Atmosphäre.

Wie haben Sie persönlich den Weg in die Schweiz gefunden? Ich bin Schritt für Schritt in die Schweiz gekommen. Zuerst arbeitete ich für eine deutsche Firma mit Schweizer Firmen zusammen, bis ich schliesslich 2012 endgültig in der Schweiz eine Stelle angenommen habe.

Freiburg im Breisgau (D) In Freiburg leben über 200 000 Personen, davon sind rund 30 000 Studierende. Die Stadt verfügt über eine hohe Innovationskraft in den Bereichen der Medizintechnik, Biotechnologie und Pharmazie. Zusammen mit der Nordwestschweiz und dem Elsass gehört sie einem riesigen Ballungszentrum für Pharma und Life Science an.

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Im Interview mit der Chemiextra: Michael Bonenberger, Messeleiter der Ilmac. Die Messe lanciert eine Plattform für vakante Stellen in der Chemie- und Pharmaindustrie.

Was kann ich als Arbeitgeber von der Ilmac connect erwarten? Üblicherweise sind auf einer Stellenanzeige nur harte Fakten aufgelistet: z. B. Stellenprozent, Arbeitsort und konkrete Funktionen. Man kann sich bei der Gestaltung einer Stellenanzeige nicht wirklich auf den Gesamtrahmen konzentrieren und somit fehlen die weichen Faktoren. Das heisst, es wird dir als Arbeitsnehmer nicht mitgeteilt, worauf du dich sonst noch, z. B. bezüglich Versicherungen und Steuern, achten solltest. Gerade diese weichen Faktoren kann die Ilmac connect vermitteln, weil sie auf Erfahrungsberichte zurückgreifen kann. Kurzum: Als Arbeitgeber braucht man nur das zu machen, was man immer schon gemacht hat. Er muss nur die harten Faktoren mitliefern, denn für die weichen sorgt die Ilmac connect. Wie muss man sich diese Jobbörse konkret vorstellen, wie geht sie vonstatten? Wichtig ist für mich, dass immer wieder der persönliche Kontakt im Vordergrund steht. Heute weiss man, dass zwar viele Fachkräfte fachlich geeignet sind, aber die weichen Faktoren stimmen häufig nicht. Uns ist wichtig, dass wir als Ilmac connect den Raum bieten, um solche weichen Faktoren zu klären, indem wir die Gespräche in den Mittelpunkt stellen. Die Besucher, also die zukünftigen potenziellen Arbeitnehmer, können ihre Bewerbungsunterlagen auf einen Server hochladen und diese so über «Transaktionen» dem potenziellen Arbeitgeber zur Verfügung stellen. Auf diese Weise nehmen die Personen ohne Bewerbungsunterlagen und ohne zusätzlichen Ballast an der Jobbörse teil. 1–2/2020

Der Arbeitgeber wird potenzielle Arbeitnehmer mit Lebensläufen erhalten, aber wie sorgt die Ilmac connect dafür, dass genügend Interessenten kommen? Diese Frage wurde uns natürlich auch von unseren Partnern gestellt. Es ist so, dass die eigentliche Messe Ilmac von der Beziehung «Business-to-Business» zu «Business-to-Customer» übergeht. Das ist allerdings keine grosse Veränderung, wie das bei manch anderen Firmen der Fall wäre, denn die Ilmac ist Teil des Messeveranstalters MCH Group. Das Marketing ist das Hauptgeschäft dieses Unternehmens. So haben wir als Messeorganisation die Erfahrung B2C bereits, sei es online über LinkedIn, Facebook, Google oder auch über die klassischen Printmedien. Wir können also gut auf unsere Erfahrung im Marketing aufbauen. Die Personalabteilung vor allem bei kleinen Unternehmen hat mit uns nun unsere geballte Marketingkraft. Wann beginnt die Veranstaltung und wie sehen die nächsten Schritte aus? Die Veranstaltung wird erstmalig am 16. Juni 2020 stattfinden. Wir haben bereits Unterlagen sowohl an die Personalabteilungen als auch an die entsprechenden Abteilungsleiter gesendet, wobei es besonders wichtig ist, dass die Personalverantwortlichen über die Vakanzen und Bedürfnisse der einzelnen Abteilungen des Unternehmens informiert werden. Wir würden uns freuen, diese neue Veranstaltung künftig mit unseren Partnern an verschiedenen Orten zu wiederholen. Wir glauben, dass das hilft, die Vernetzung der Community zu stärken. Generell bin ich sehr dankbar für alle Inputs, die ich vom Markt, insbesondere an der Ilmac, erhalte. Die Ideen bringe ich nicht selbst, der Markt ruft sie hervor.

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Die bewährte Dreiteil-Berstscheibe ist eine ideale Wahl für die Absicherung von Prozessüberdrücken. Vakuumfest und für Wechseldruckbelastungen geeignet.

Die Zwei-Wege-Berstscheibe sichert Tanks und Behälter gegen unzulässige Über- und Unterdrücke ab. Auch mit integrierter Signalisierung erhältlich.

Vielen Dank für das Gespräch.

Kontakt Michael Bonenberger Exhibition Director MCH Messe Schweiz (Basel) AG CH-4005 Basel +41 58 206 23 70 michael@bonenberger@ilmac.ch www.ilmac.ch/connect

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Bild: MCH Messe (Schweiz) Basel AG

VER ANSTALTUNGEN

TERMINE

Kurse, Seminare, Workshops und Messen MÄRZ 2020 03.– 04.03.

05.03.

06.03.

GMP-Intensivtraining: Hintergründe und Essentials auf deutscher, europäischer und amerikanischer Ebene – mit Praxisteil Ort: D-Frankfurt a.M. Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh), Varrentrappstr. 40-42, D-60486 Frankfurt a. M. +49 69 791 73 64 fb@gdch.de, www.gdch.de/fortbildung VGQ Techniktag 2020 Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Empa-Akademie Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf +41 58 765 11 11 events@empa.ch, www.empa-akademie.ch

Empa-FSRM-Kurs Tribologie Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Empa-Akademie Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf +41 58 765 11 11 events@empa.ch, www.empa-akademie.ch

09.– 10.03.

Hands-on training Viskosimetrie/Lichtstreuung Ort: D-Mainz Veranstalter: PSS Polymer Standards Service GmbH In der Dalheimer Wiese 5, D-55120 Mainz +49 6131 96239 30 jleinweber@pss-polymer.com www.psscolumnselector.com

11.03.

Neue Trends in der Fügetechnologie Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Empa-Akademie Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf +41 58 765 11 11 events@empa.ch, www.empa-akademie.ch

11.03.

Symposium on Robotics and Industrial Automation Ort: CH-Rapperswil Veranstalter: ILT Institute for Lab Automation and Mechatronics, Oberseestrasse 10 CH-8640 Rapperswil +41 55 222 42 15 automation@hsr.ch, www.ilt.ch/robotics

12.03.

Symposium on Lab Automation Ort: CH-Rapperswil Veranstalter: ILT Institute for Lab Automation and Mechatronics, Oberseestrasse 10 CH-8640 Rapperswil +41 55 222 42 15 automation@hsr.ch, www.ilt.ch/robotics

16.– 18.03.

Grundlagen der makromolekularen Chemie I: Synthese von Polymeren Ort: D-Frankfurt a.M. Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh), Varrentrappstr. 40-42, D-60486 Frankfurt a. M. +49 69 791 73 64 fb@gdch.de, www.gdch.de/fortbildung

17.– 18.03.

Praktikum Karl-Fischer Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch

18.– 20.03

Grundlagen der makromolekularen Chemie II: Charakterisierung, Eigenschaften und Anwendungen von Polymeren Ort: D-Frankfurt a.M. Veranstalter: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh), Varrentrappstr. 40-42, D-60486 Frankfurt a. M. +49 69 791 73 64 fb@gdch.de, www.gdch.de/fortbildung

24.03.

MagIC Net Basic Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch

25.03.

Computervalidierung: Risikomanagement Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

27.03.

Grundlagen und Probenvorbereitung bei der FTIR-Spektroskopie Ort: CH-Biel-Benken Veranstalter: Portmann Instruments AG Gewerbestrasse 18, 4105 Biel-Benken +41 61 726 65 55 info@portmann-instruments.ch www.portmann-instruments.ch

31.03.

Kompakt: Batch Record Review und Freigabe Ort: CH-Olten Veranstalter: PTS Training Service Am Freigericht 8, Postfach 4308, D-59759 Arnsberg +49 2932 51 477 info@pts.eu, www.pts.eu

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Bilder: Carbogen Amcis

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Wer heute eine Anlage für pharmazeutische Produkte betreibt, darf punkto Standardisierung nicht auf der Strecke bleiben.

Gute Herstellungspraxis

Zertifikate für Sensoren In Bubendorf mit seinen nicht einmal viereinhalbtausend Einwohnern ist man am Hauptsitz der Carbogen Amcis AG mittendrin im Baselbieter Pharma-Cluster. Das Unternehmen hat sich entsprechend spezialisiert auf exklusive Zwischenprodukte für die Grossen der Branche. Hier sorgen Druckmessumformer der Vega für Vereinfachung: In den Prozessen und bei deren Qualifizierung.

Claudia Homburg ¹ Pharmaunternehmen sehen sich seit geraumer Zeit Veränderungen ausgesetzt, die das Markt- und Wettbewerbsumfeld umkrempeln. Die Nachfrage nach personalisierten Medikamenten und die Anforderungen an lückenlos nachweisbare Qualität steigen. Treiber der geforderten Innovationen sind oft die kleineren, forschungsnahen Unternehmen, die ihre Prozesse und Genehmigungsverfahren flexibel gestalten und Arbeit wie auch Kosten durch Standardisierung senken. Die Carbogen Amcis AG ist ein solches Unternehmen.

Weniger ist mehr Die Gleichung ist lang – aber dennoch einfach: Weniger Geräte sind gleich weniger Planungsaufwand, Materialrisiko, Lagerkosten und Zeitaufwand. Ob Pharmaunternehmen für die Zukunft gerüstet sind,

¹ Vega Grieshaber KG, Schiltach

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oder ob sie aufgrund hoher Kosten und wegen zu komplexer Prozessmodelle dem Wettbewerb nachrennen werden, das entscheidet unter anderem ihr Grad an Standardisierung in der Fertigung. Dabei wird häufig der Aufwand einer gerechten Qualifizierungsdokumentation, welcher der guten Herstellungspraxis (GMP) entspricht, unterschätzt. Unter dem Aspekt des hohen Qualifikationsaufwands setzt Heiko Kaiser, Senior Manager Engineering und Maintenance bei der Carbogen Amcis AG, jedoch strikt auf möglichst die gleichen Sensortypen. Es war den Ingenieuren um Heiko Kaiser besonders wichtig, Anzahl und Variantenvielfalt aller an ihren Prozessen beteiligten Sensoren und Komponenten stark zu verringern. «Jede Art von Vielfalt macht am Ende des Tages unnötige Arbeit», fasst Kaiser sein Hauptaugenmerk zusammen. «Weniger Varianten sind auch im Handling einfacher und schneller.»

Einheitliche Plattformen Die Branche steht vor Herausforderungen. Ihre Kosten im Bereich der For-

schung und Entwicklung wachsen steil an, die internationalen Regularien für Produktionsanlagen werden komplizierter und dementsprechend auch ihr Dokumenta tionsaufwand. Seit vielen Jahren kommt dabei der erwähnten GMP eine zentrale Bedeutung zu. Sie definiert bei der Spezifizierung und Validierung von Komponenten und Produkten die Anforderungen an Konformität und ihre Nachweisbarkeit. Damit sehen sich Heiko Kaiser und seine Mitarbeitenden in ihrer praktischen Arbeit, mit der Skalierung von Lebenszyklen oder der Strukturierung des Qualitätsmanagements, zusätzlichen Aufgabenfeldern gegenüber. Die EU-GMP-Regularien fordern durchgängig die gleichen Eignungsnachweise: auch für einzelne, untergeordnete Komponenten und auch in weniger aggressiven Bereichen. Diese reichen von der Designqualifizierung (DQ) über die Installations- (IQ) und Funktions- (OQ) bis hin zur Leistungsqualifizierung (PQ). Die Regularien fordern zudem Belege in Form detaillierter Masterpläne, die die Regelkonformität plausibel widerspiegeln. Die Mitarbeitenden strebten möglichst 33

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Doppelt hält besser: Durch das Sichtfenster lässt sich der Prozess beobachten.

einheitliche Plattformen an, die ihnen helfen würden, ihre Entwicklungs- und Qualifizierungskosten zu kontrollieren. Die gründliche Erstellung lohnt sich, denn sie bleibt keine einmalige Angelegenheit. Letztlich können mit einmal geleisteter Arbeit auch künftige Standorte weltweit flexibel und kostengünstig gestaltet werden. GMP greift international, und sie schafft Wettbewerbsvorteile im umkämpften Markt. Im Einsatz bei der Carbogen Amcis AG sind die Druckmessumformer Vegabar 82, die mit einer keramischen Messzelle ausgestattet sind. Die doppelte Messzellendichtung schafft zusätzliche Flexibilität. Sie sitzt sowohl seitlich als auch zusätzlich vorn am Sensor. Die robuste Keramikmembran, die durch den herrschenden Prozessdruck beeinflusst wird, trennt den Sensor sicher von den anspruchsvollen

Medien. Ihre Kapazitätsänderung in der abrasionsfesten Messzelle wird – umgewandelt in ein elektrisches Signal – als Messwert ausgegeben. Alle Sensoren bringen die benötigten Werkstoffzertifikate nach 3A, FDA oder EHEDG von Haus aus mit. Unter anderem bestehen die Sensoren aus spezieller Saphir-Keramik in Verbindung mit Polyvinylidenfluorid (PVDF). Entwickelt wurde diese mit hochreiner Al2O3-Keramik (99,9 %). Schnelle Temperaturschwankungen beeinflussen die Druckmessung bei keramischen Messzellen nicht. Dafür wurde nämlich die Keramik-Grundkörper-Membran auf der druckabgewandten Seite mit Gold beschichtet und bietet nun hohe Beständigkeit, indem sie Temperaturwechsel mit einer Genauigkeit von ± 2 K sofort registriert. Minutenlange Ausfälle, wie bei Keramikzellen durchaus nach wie vor üblich, sind dank dieser Beschaffenheit endgültig ein Phänomen der Vergangenheit.

Die Kleinen müssen das selbst machen Aktuelle Studien legen nahe, dass Modularisierung und Standardisierung zukünftig zu ausgeprägten Differenzierungen der Betriebsmodelle von Pharmaunternehmen führen werden. Zugleich sehen sie dabei reichlich Bedarf und Potenzial für Modell optimierungen.

Die Zeichen der Zeit sind klar. «Wir verbessern und planen sehr weitreichend. Aber natürlich kommt dann wieder der Alltag und unsere Kunden und grosse Projekte stehen vor der Tür.» So bleiben auch für Kaiser manche Punkte, die er mit Blick auf die Verfahrenstechnik zeitnah lösen will, länger offen, als gewünscht. Wie kann er künftig insbesondere Downstream-Prozesse ressourcenbewusst in standardisierter, modularer Form umsetzen? Welche Automatisierungsmassnahmen unterstützen seine modularen Anlagen dabei optimal? Im Jahr 2030 soll die personalisierte Medizin gemäss konservativeren Prognosen einen Marktanteil von annähernd 30 Prozent haben. «Wir werden in Zukunft immer mehr beweisen müssen», blickt Kaiser in die Zukunft, «die Grossen werden, wo es geht, ihre Kalibrierungen auslagern. Die Kleinen müssen das selbst machen.» Die Aufgaben werden ihm folglich nicht ausgehen, wenn er mit dem beständigen Wandel des Pharmamarktes Schritt hält.

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Die C+S Chlorgas GmbH weiter auf Erfolgskurs

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Das Familienunternehmen erweitert den HCl Betrieb in Bitterfeld. Durch erfolgreiche Partnerschaften mit nationalen und internationalen Unternehmen hatte die C+S Chlorgas GmbH ein stetiges Wachstum beim Verkauf von HCl-Gas. Der Erfolgskurs führte zur Entscheidung, die Kapazität um 1000 Tonnen im Jahr zu erweitern.

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28.11.19 14:28

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Schweizer Start-up digitalisiert Labore

Flexible Software für Qualitätssicherung Das Labor der Micarna in Bazenheid (SG), welche zur M-Industrie gehört, bildet das Herzstück der Qualitätssicherung und analysiert über 15 000 Proben pro Jahr für über 20 Produktionsstandorte in der Schweiz. Als einer der führenden Fleischverarbeiter der Schweiz erfüllt das Unternehmen seit jeher die höchsten Qualitätsstandards. Bis anhin dokumentierten die Laborantinnen die Prozesse und Resultate auf Papier. Nun wagten sie den Sprung in die digitale Welt. Ein junges Start-up half ihnen dabei.

Hier stellte sich also die Frage: «Warum ein gut funktionierender QS-Prozess geändert werden soll?» Für Stefania Cesarano, Laborleiterin der Micarna, ist die Frage nicht «warum» etwas verändert werden soll, sondern «wie gross der Mehrwert» einer Veränderung ist. Für sie war schon immer klar, dass Prozesse stetig optimiert und weiterentwickelt werden müssen. So hat sie die Laborprozesse des Unternehmens in den letzten zwei Jahren standardisiert.

Mit ihrem stetigen Streben nach Optimierung ist Cesarano 2017 auf das Start-up 1Lims gestossen. Damals absolvierten zwei der vier Gründer des Schweizer Startups noch ihr Bachelorstudium an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) in Wädenswil. Das Gründerteam konnte aber bereits das Interesse von der engagierten Laborleiterin mit einem Prototyp ihrer Software und dessen innovativen Ansatz wecken. Die Vision von 1Lims war es, eine Qualitätssicherungssoftware zu entwickeln, die es jeder Firma ermöglicht, ihre spezifischen Prozessanforderungen individuell und selbstständig zu konfigurieren. Entsprechend sollte so eine einfach konfigurierbare und benutzerfreundliche Alternative zu den starren und sehr kostspieligen Systemen entstehen, welche bis anhin auf dem Markt erhältlich waren.

Keine Programmierkenntnisse erforderlich Laut Samuel Schmid, CTO von 1Lims, bestehe die Innovation von 1Lims in der ver1–2/2020

Bild: Micarna

Eine Alternative zu starren Systemen

Bild 1: Das Laborteam von Micarna (v. l.): Zorica Samac (Laborantin), Ayfer Kizilkaya (Laborantin), Stefania Cesarano (Laborleitung) und Daniela Jadanza (Laborantin).

wendeten Technologie. Im Gegensatz zu anderen Lösungen für Labor-Informationsund Management-Systeme (Lims) setzt das Start-up auf modernste Web-Technologien wie Angular und NodeJS. In Kombination mit der Microservice-Architektur konnte eine leistungsfähige Lösung entwickelt werden, welche auch einfach und schnell von jedem Nutzer ohne besondere Kenntnisse in der Programmierung konfiguriert werden kann. Ergänzend zu den Standardmodulen für die Qualitätssicherung – wie etwa die Probenverwaltung, die Erstellung von Analysenzertifikaten und Rückführbarkeit – hat sich das Jungunternehmen auch auf die Auswertung und Visualisierung von Daten spezialisiert, welche sich auf der Benutzeroberfläche (sie-

he Bild 2) individuell zusammenstellen und personalisieren lassen. Ausserdem lassen sich aus den erfassten Daten beispielsweise die Auftragsverteilung, die Auslastung von Teams oder auch verschiedene Trends herauslesen. Nebst der Innovationskraft birgt ein Startup in seiner frühen Entwicklungsphase aber auch Risiken. Stefania Cesarano hat sich dennoch explizit für eine Kooperation entschieden, da sie einen klaren Mehrwert gegenüber herkömmlichen Softwareanbietern feststellen konnte und das Risiko abschätzbar war. Ein wichtiger Punkt war auch die Möglichkeit als Entwicklungspartner, die Software mit zu entwickeln und so ein Produkt zu schaffen, das wirklich effektiv und auch noch benutzerfreundlich ist. 35

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Eindeutiger QR-Code für alle Standorte

Bilder: 1Lims

Mit der vielversprechenden Partnerschaft wurde das Labor in Bazenheid schrittweise digitalisiert. Nach einer ersten Testphase und kleineren Anpassungen wurde eine Schnittstelle in das vorhandene SAP-System integriert sowie bestehende Daten importiert. Weiter wurden schweizweit über 20 Produktionsstandorte in das neue System eingegliedert und mit QR-Drucker ausgestattet. Somit können Proben vor dem Versand ins Zentrallabor nur noch mit dem eindeutigen QR-Code ausgestattet werden und so beim Eintreffen in Bazenheid direkt vom System über ein Tablet (bzw. Handscanner) eingescannt und erkannt werden. Ausserdem haben die Standorte so einen direkten Zugang zum Status und der Resultate ihrer Proben – und das über den gesamten Analyseprozess. Ein Jahr nach dem Betriebsstart von 1Lims konnte bereits festgestellt werden, dass

die Effizienz der Arbeitsabläufe in der Qualitätssicherung von Micarna um 50 Prozent zugenommen hatte, das Probenvolumen konnte somit gesteigert werden. Die Fehlerquote wurde um mehr als 20 Prozent gesenkt und der Faktor Mensch als Fehlerquelle wurde minimiert. Ebenfalls wurde durch die Digitalisierung der Papierverbrauch im Labor nachhaltig um ganze 90 Prozent reduziert. Das Jungunternehmen konnte sich seitdem im Schweizer Markt als innovative Softwarelösung für die Qualitätssicherung in der Lebensmittel- und Chemiebranche sowie für Komplettlösungen für Auftragslabore etablieren. Die Micarna entwickelte sich gleichzeitig zum Vorreiter in der Labor-Digitalisierung der M-Industrie. Für Cesarano, wie auch für das Team von 1Lims, war das aber erst der Anfang. Sie entwickeln bereits gemeinsam eine Inte grationsplattform, welche in der Lage sein soll, alle Laborgeräte schnell und einfach ins interne Software-Netzwerk zu integrie-

Bild 2: Der Anwender gestaltet die Benutzeroberfläche (das Dashboard) nach Belieben und entscheidet selbst, welche Analysen und Resultate dargestellt werden sollen.

Bild 3: Philipp Osterwalder, Mitbegründer des Start-ups, begutachtet die Auswertungen der Resultate direkt im Labor.

ren. Zudem arbeitet das 1Lims-Team gemeinsam mit anderen Industriepartnern an Themen wie «workflow automation» sowie an der Integration von «Blockchain» (eine dezentralisierte Datenbank) für die gesamte Rückführbarkeit der Wertschöpfungskette als auch an risikobasierten Testplänen und automatisierten Audit-Protokolle. Dieser Erfahrungsbericht zeigt, wie viel Stefania Cesarano und ihr Team zusammen mit 1Lims durch Eigeninitiative, Durchhaltewillen und einer klaren Vision erreichen konnten. Durch die enge Zusammenarbeit wurde auch klar, dass es sich für eine etablierte Firma lohnt, eine Partnerschaft mit einem Start-up einzugehen und genauso umgekehrt. Das Verbinden von Kompetenzen, als auch gemeinsames Entwickeln von Lösungen, bringt alle Beteiligten weiter und birgt eine grosse Innovationsquelle. Kontakt 1Lims a Modeso Company c/o Westhive Hardturmstrasse 161 CH-8005 Zürich +41 44 585 20 52 hello@1lims.com www.1lims.com

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Hochtemperaturanlage bis 400 °C

Eine effektivere Wärmeübertragung

Das erwähnte Chemieunternehmen benötigte eine Anlage, die eine Arbeitstemperatur von 400 °C problemlos erreichen muss. Eingesetzt wird der Heizer im Bereich der Materialforschung, bei sogenannten Scale- up-Versuchen und zur Vorbereitung von Reaktionen, die eine derart hohe Temperatur unbedingt erforderlich machen. «Zum Tagesgeschäft von Lauda gehören Wärmeübertragungsanlagen mit einem Arbeitstemperaturbereich bis 350 °C», erklärt Projektleiter Ralph Herbert. «Der Bereich bis 400 °C gehört da schon zur Königsklasse.» Dieser werde aber inzwischen vermehrt angefragt, so Herbert, denn er erlaube eine effektivere Wärmeübertragung, ermögliche so einen höheren Durchsatz und damit die Optimierung von temperaturrelevanten Produktionsprozessen. Diese Wärmeübertragungsanlagen nutzen je nach erforderlicher Vorlauftemperatur und Einsatzgebiet verschiedene Arten von Thermalölen (Silikonöl oder eutektische Gemische). Generell werden Sie elektrisch beheizt und erzeugen eine temperierte Flüssigkeitsströmung, welche wiederum die Applikation heizt. Eine Kühloption mittels Wärmetauscher kann je nach Bedarf integriert werden.

Bilder: Lauda

Für einen der grössten deutschen Chemieunternehmen hat der Temperierspezialist Lauda nun eine Wärmeübertragungsanlage entworfen und hergestellt, die auch für die erfahrenen Ingenieure des Unternehmens aussergewöhnlich ist. Denn für eine Arbeitstemperatur von 400 °C in grossen Anlagen müssen die Experten wissen, wie sie mit den hohen Arbeitsdrücken umgehen müssen. Dies erfordert Fachkenntnisse aber natürlich auch äusserst stabile Reaktoren.

Königsklasse 400 °C: Anlagen in dieser Temperaturgrösse ermöglichen eine effektivere Wärmeübertragung, einen höheren Durchsatz und damit die Optimierung von temperaturrelevanten Produktionsprozessen.

Temperaturbereich – wobei die Planung und Konstruktion auch immer wieder etwas Besonderes sei, bestätigt Herbert. Das Ingenieurteam plant derzeit Thermalölanlagen bis zur einer maximalen Arbeitstemperatur von 430 °C. Für das besagte Unternehmen aus der Chemiebranche wurde die Anlage pünktlich fertiggestellt, im Testfeld von Lauda abgenommen und anschliessend beim Chemieunternehmen gemeinsam in Betrieb genommen.

Tiefgehende technische Expertise gefragt Das Besondere am Sprung von 350 auf 400 °C ist, dass die Ingenieure mit deutlich höheren Arbeitsdrücken umgehen müssen. Auch die applikationsseitig eingesetzten Edelstahlreaktoren müssen grösserer Belastung standhalten. «Liegt der Druck im Wärmeträgerkreislauf bei normalen Wärmeübertragungsanlagen mit Thermalölen noch bei maximal 6 bar, steigt er bei den 400-Grad-Anlagen schon auf bis zu 21 bar, 1–2/2020

Die Wärmeübertragungsanlage erreicht problemlos eine Arbeitstemperatur von 400 °C.

je nach eingesetztem Thermalöl», erklärt Ralph Herbert. Das erfordert besondere Expertise im Rohrleitungsbau sowie in den einzelnen Ausrüstungskomponenten. Lauda selbst fertigt mehrmals im Jahr Wärmeübertragungsanlagen in diesem hohen

Kontakt Lauda Dr. R. Wobser GmbH & Co. KG Pfarrstrasse 41/43 D-97922 Lauda-Königshofen +49 9343 503 0 info@lauda.de www.lauda.de

Bilder: Endress+Hauser

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Der FWR30 kann einfach mit den passenden Montagesätzen an IBC-Container, Wänden oder Decken montiert werden.

Innovative und mobile Füllstandmessung

Drahtloser Sensor für die Logistik Das Internet der Dinge (IoT) ermöglicht Unternehmen, immer mehr Informationen aus ihren einzelnen Prozessen zu gewinnen und somit den Prozess zu optimieren. Ein Bereich, der zukünftig hiervon mehr profitieren soll, ist die Logistik. Der Konzern Endress+Hauser hat einen neuen Füllstandsensor entwickelt, der sich besonders für die Logistik eignet. Der neue 80-GHz-Radar-Sensor aus dem Hause des Unternehmens kann nämlich drahtlos über das Mobilfunknetz in Betrieb genommen werden kann.

Die derzeit grössten Informationslücken für Produzenten und Lieferanten stellen schwer zugängliche und mobile Messstellen dar. Rund 85 Prozent aller potenziellen Füllstandsmessungen in Produktionsanlagen oder auf Transportwegen sind zu komplex oder zu kostspielig, als dass sie tatsächlich realisiert würden. Die logische Konsequenz dieses Informationsmangels ist häufig ein Prozessstillstand aufgrund fehlender Bestände. Speziell für die Füllstandmessungen auf Transportwegen wurde der neue Sensor

Micropilot FWR30 entwickelt. Dank einem energieeffizienten Radarchip reicht eine einzelne Batterie für die zuverlässige Speisung des Geräts und die handliche Grösse sorgt dafür, dass sich der Sensor nahezu überall verbauen lässt. Sofern er mit der Cloud Netilion von Endress+Hauser verbunden ist, ist kein Kabel oder eine sonstige Vorrichtung für die Datenübertragung notwendig. Mit dem Micropilot FWR30 bringt das Unternehmen seinen ersten 80-GHz-Radar-Sensor auf dem Markt, der «wireless»

über das Mobilfunknetz seine Aufgaben wahrnehmen kann.

Einfach und sicher an Messdaten gelangen Die einfache Handhabung steht bei der Realisierung einer solchen Messvorrichtung sicherlich im Fokus: über den kompletten Lebenszyklus des Produktes – von der Bestellung bis zur Inbetriebnahme. Mit der Eingabe des Messbereichs und dem Scannen des QR-Codes (bzw. Eingabe der

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Cloud. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, gibt es in der Cloud Netilion die Möglichkeit, unterschiedliche Abonnements abzuschliessen – je nachdem, wie viele Daten der Nutzer von der Messstelle benötigt. Die Abonnements unterscheiden sich in Anzahl der verbundenen Geräte, in der Aufzeichnungsdauer der Messdatenhistorie sowie im Umfang des technischen Supports. Mit einer Bestandsführung lassen sich Lagerkosten einfach reduzieren und zugleich die Produktivität erhöhen. Sollte ein ERP-System vorhanden sein, so können alle Daten einfach via Anwendungsprogrammierschnittstelle («Application Programming Interface», API) integriert werden.

Seriennummer) lässt sich der Sensor in lediglich zwei Schritten in Betrieb nehmen. Dann übermittelt er nicht nur die Füllstanddaten in die Cloud, sondern sendet dem Nutzer Informationen über die Position der Messung, die Umgebungstempe-

ratur, die Messhistorie sowie den Batteriestatus und die Signalstärke. Darüber hinaus lassen sich Grenzwerte einstellen, die den Nutzer unverzüglich darauf hinweisen, wenn diese unterschritten werden. Aufgrund der häufig eingeschränkten GSM-Netzabdeckung (entspricht dem Mobilfunkstandard 2G) unterstützt der neue FWR30 ebenfalls den Kommunikations standard «Narrowband Internet of Things» (NB-IoT). Dieser Standard ist eine Erweiterung des Long-Term-Evolution-Netzes (LTE, entspricht dem Mobilfunkstandard 4G), welches eine hohe Gebäudedurchdringung gewährleistet. Somit können auch Messungen an herausfordernden Lokalitäten bedient werden. Trotz aller Einfachheit wird die Sicherheit der Daten nicht vernachlässigt. Die Cloud Netilion ist mit dem EuroCloud-Zertifikat auf Vier-Sterne-Niveau zertifiziert, welches das höchste Sicherheitsniveau der Prozess automatisierung bescheinigt.

Massgeschneiderte Funktionalität Die Webapplikation «Netilion Value» bietet eine umfangreiche Grundfunktionalität, wie z. B. eine Benutzeroberfläche (Dashboard) mit den wichtigsten Informationen aller Geräte auf einen Blick.

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Jede Applikation bringt ihre eigenen He rausforderungen mit sich. Genauso vielschichtig sind auch die Anforderungen an die Funktionalität der Nutzeroberfläche der

TOSOH_Ins_58x90_4c_Layout 1 20.12.12 07:47 Seite

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Links: Durch die Lokalisation des Sensors lassen sich z. B. Auslieferungsrouten besser planen. Rechts: Die Historie der Messdaten mit den festgelegten Grenzwerten.

Kontakt Endress+Hauser (Schweiz) AG Kägenstrasse 2 CH-4153 Reinach +41 61 715 75 75 info@ch.endress.com www.ch.endress.com

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FORSCHUNGSWELT

Unscharfe Grenze der Quantenwelt

Quantenphänomen bei Riesenmolekül Je weiter wir uns in die mikroskopische Welt der Natur begehen, desto eher treffen wir auf physikalische Gesetze, die uns in der Alltagswelt völlig fremd sind. Ab welcher Grösse – oder genauer ab welcher Masse – dann die klassische Physik beinahe unbrauchbar wird und die Quantenmechanik dominiert, ist nicht einfach zu beantworten. Forschende der Universität Wien und Basel konnten ein quantenmechanisches Phänomen bei einem Teilchen mit der Masse von 25 Kilodalton beobachten: ein neuer Rekord.

Das Überlagerungsprinzip ist ein Kennzeichen der Quantentheorie, das unter anderem aus einer der grundlegenden Gleichungen der Quantenmechanik hervorgeht, der Schrödingergleichung. Sie beschreibt Partikel als Wellenfunktionen. Die Teilchen haben also Eigenschaften von Wellen. Ähnlich wie bei Wasserwellen auf dem Meer können auch die Teilchen Interferenzeffekte aufweisen. Im Gegensatz zu Wasserwellen, die ein kollektives Verhalten vieler wechselwirkender Wassermoleküle darstellen, können Quantenwellen für ein einzelnes isoliertes Teilchen stehen.

Das vielleicht eleganteste Beispiel für die Wellennatur von Partikeln ist das Doppelspaltexperiment. In diesem Experiment werden, bildlich formuliert, Teilchen nacheinander an eine Wand geschossen. Die Wand enthält zwei passierbare Öffnungen, so dass die Teilchen entweder in den linken oder eben rechten Spalt auf eine direkt hinter der Wand stehende Leinwand treffen. Stellen wir uns dieses Experiment pragmatisch in unserer Alltagwelt vor: Ein Ball wird an eine Wand geschossen und kann eine der beiden Öffnungen passieren. Hier ist der Fall klar. Er fällt anschliessend je nach dem, durch welchen Spalt er fliegt, entweder eher rechts auf die Leinwand oder eher links. In der Quantenwelt läuft dies etwas anders ab. Sobald wir uns in die Welt der kleinsten Teilchen begeben, herrschen quantenmechanische Gesetze. Der Ball verfügt nun über Wellencharakter. In diesem Fall durchläuft er gleichzeitig die beiden 40

Bild: Shutterstock

Neuer Rekord wirft Fragen auf

Ein Doppelspaltexperiment: Alpha-Teilchen (4He) werden auf eine Goldfolie «geschossen». Auf der dunklen Leinwand bildet sich dann allmählich ein für Wellen typisches Verteilungsmuster.

Schlitze und hinterlässt auf der Leinwand ein Interferenzmuster. Dies wäre also, bildlich gesehen, vergleichbar mit Wasser. Wasser würde durch beide Öffnungen fliessen, wodurch sich Wellen mit einem bestimmten Muster bilden würden: ein Interferenzmuster. Dieser Effekt wurde für Photonen, Elektronen, Neutronen, Atome und sogar Moleküle demonstriert und wirft eine Frage auf, mit der Physikerinnen und Philosophen seit den Anfängen der Quantenmechanik zu kämpfen haben: Wie gehen diese merkwürdigen Quanteneffekte in die klassische Welt über, mit der wir im Alltag vertraut sind? Ab wann fliegt der Ball wie ein Quantenteilchen?

Die Experimente von Markus Arndt und seinem Team an der Universität Wien nähern sich dieser Frage auf möglichst direkte Weise, indem sie Quanteninterferenzen mit immer massereicheren Objekten aufzeigen. Die Moleküle in den jüngsten Experimenten haben Massen von mehr als 25 000 atomaren Masseneinheiten (u), ein Vielfaches des vorherigen Rekordes. Eines der grössten Moleküle, das durch das Interferometer geschickt wird, besteht aus mehr als 40 000 Protonen, Neutronen und Elektronen. Marcel Mayor und sein Team an der Universität Basel verwendeten spezielle Techniken, um derart massive Moleküle zu synthetisieren, die dennoch ausreichend stabil sind, um einen Molekular1–2/2020

FORSCHUNGSWELT

strahl im Ultrahochvakuum zu bilden. Der Nachweis der Quantennatur solcher massenreichen Teilchen erforderte auch ein neues, zwei Meter langes Materiewelleninterferometer, das zu diesem Zweck in Wien gebaut wurde. Es gibt eine Reihe von Modellen, die versuchen, den angeblichen Übergang von einer Quantenwelt zu einer klassischen Welt in Einklang zu bringen. Diese Klasse von Modellen sagt voraus, dass die Wellenfunktion eines einzelnen Teilchens spontan mit einer Rate zusammenbricht, die proportional zu dem Quadrat seiner Masse ist. Indem gezeigt wird, dass eine Überlagerung für ein schweres Teilchen für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird, wird daher direkt festgelegt, wie oft und wie lokalisiert dieser Kollapsvorgang sein kann. In diesen neuen Experimenten

blieben die Moleküle länger als 7 ms in einer Überlagerung – genug, um alternative Quantenmodelle mit neuen interferometrischen Grenzen zu versehen, sind sich die Wissenschaftler sicher. Um verschiedene Interferenzexperimente, wie die aktuelle der Universität Wien, mit anderen vergleichen zu können, wird jeweils der Grad an Makroskopizität ermittelt. Die Experimente vom Erstautor Yaakov Fein und seinen Kollegen stellen in der Tat eine Zunahme der Makroskopizität um eine Grössenordnung dar und entspricht den quantenmechanischen Erwartungen. «Unsere Experimente zeigen, dass die Quantenmechanik, bei all ihrer Verrücktheit, auch erstaunlich robust ist und ich bin optimistisch, dass zukünftige Experimente sie in noch grösserem Massstab testen werden», sagt Yaakov

Fein. Die Grenzen zwischen der quantenund der klassischen Welt werden immer unschärfer. Originalpublikation Y. Y. Fein et al., «Quantum superposition of molecules beyond 25 kDa», Nat. Phys. (2019); DOI: 10.1038/s41567-019-0663-9

Kontakt Univ.-Prof. Dr. Markus Arndt Fakultät für Physik Universität Wien Boltzmanngasse 5 A-1090 Wien +43 1 4277 512 10 markus.arndt@univie.ac.at www.quantumnano.at

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VERFAHRENSTECHNIK

Die Schattenseite des IIoT ernst nehmen

Hacker machen Jagd auf Datensammler Durch eine umfassende Vernetzung von Anlagen und Prozessen können Chemieunternehmen die Effizienz steigern und neue Geschäftsmodelle entwickeln. Das stellt hohe Anforderungen an die Cyber-Sicherheit. Sowohl die in sich geschlossenen operativen Technologien (OT), die zur Überwachung der Anlagen dienen, als auch IT-Ökosysteme mit Partnern entlang der Lieferkette müssen besser geschützt werden. Vor allem aber muss Cyber-Sicherheit als Chefsache ernst genommen und strategisch neu aufgesetzt werden.

Es kann jeden treffen – jederzeit. Rund um die Uhr attackieren Cyber-Kriminelle mit Viren, Trojanern oder anderer Malware IT/OT-Systeme. Bekannt sind derzeit etwa 800 Millionen Schadprogramme, gut 390 000 Varianten kommen täglich hinzu. Nur in der öffentlichen Wahrnehmung griffen Hacker lange bevorzugt dort an, wo Kundendaten als Beute locken – etwa, um Online-Konten bei Banken oder Internetshops zu kapern und so schnelles Geld zu machen. Tatsächlich sind aber auch Unternehmen der Chemie-, Pharmaindustrie sowie Energieversorger bei Cyber-Kriminellen beliebt. Accenture-Studien zum Thema Cyber-Sicherheit zeigen, dass sich die Bedrohungslage durch Cyber-Angriffe weltweit verschärft und Unternehmen mehr Geld denn je ausgeben, um sich mit den Kosten und Folgen immer komplexerer Angriffe auseinanderzusetzen. Weltweit könnten die mit Angriffen verbundenen Kosten und Umsatzeinbussen in den nächsten fünf Jahren über alle Branchen hinweg auf bis zu 5,2 Billionen Dollar steigen. Denn sowohl die Zahl der erfolgreichen Angriffe als auch der im Schnitt verursachte Schaden stieg in den vergangenen fünf Jahren um rund 70 Prozent.

Erpressung, Spionage oder Sabotage Tatsächlich scheinen die Grundstoff- und Chemiebranche besonders verlockend für Hacker zu sein: Die Trans-Alaska-Pipeline

¹ Accenture GmbH, Kronberg

Bild: Adobe Stock

Götz Erhardt ¹, Herbert Kunzmann ¹

Cyber-Kriminalität stellt im Zuge von IIot eine ernsthafte Bedrohung für Chemie- und Pharmaunternehmen weltweit dar.

etwa muss täglich im Schnitt rund 22 Millionen Cyber-Attacken abwehren und bezeichnet das als eines der drei grössten Risiken für das Unternehmen. Wer tief genug ins Computersystem eindringt, kann erpressen: Angreifer verschlüsselten z. B. per «LockerGoga» Daten und forderten Lösegeld für den Freigabecode. Er kann Geschäftsgeheimnisse stehlen: Mithilfe von «Winnti» haben Hacker versucht, wertvolle Daten von deutschen Konzernen zu erbeuten. Ausserdem kann er schlicht sabotieren, mit möglicherweise verheerenden Folgen: Hacker sollen versucht haben, die Sicherheitsmechanismen eines Gaswerks in Saudiarabien so zu manipulieren, dass diese bei Fehlfunktionen eine Explosion

nicht verhindern. So eine Form der digitalen Sabotage könnte viele Menschenleben kosten. Gerade dieses Beispiel zeigt, warum die Chemieindustrie ihre Bemühungen um IT/ OT-Sicherheit weiter intensivieren muss. Viele Konzerne setzen auf die Vorteile von Digitalisierung sowie Industriellem Internet der Dinge (IIoT) und vernetzen dafür auch früher weitgehend mit IT-Insellösungen betriebene Anlagen – etwa, um mit den Betriebsdaten mit einem digitalen Zwilling eine effizientere Steuerung zu simulieren oder die Lieferkette zu verbessern. Dann muss die OT solcher Anlagen genauso gut geschützt sein wie die via Internet und Cloud laufende Konzern-IT – bis zur letz1–2/2020

VERFAHRENSTECHNIK

ten Ventilsteuerung in der hintersten Ecke des Geländes, falls diese digital angebunden und nicht für reinen Handbetrieb ausgelegt ist. Jede Schnittstelle bietet einen Angriffspunkt: Unlängst hätte ein Verschlüsselungstrojaner fast die Anlagensteuerung eines Chemieunternehmens lahmgelegt, weil ein Ingenieur versehentlich eine smarte Kaffeemaschine per WiFi mit dem Internet wie auch mit dem OT-System verbunden hatte. Auf dem Umweg über die Kaffeemaschine war die Schadsoftware in die Anlagensteuerung eingedrungen. Oft passiert so etwas auch über Geschäftspartner. Jede zweite Cyber-Attacke erfolgt in Form des sogenannten Inselhüpfens, gerade in der Industrie. Digitale Schädlinge springen dabei entlang der Lieferkette von einem Unternehmen zum nächsten. Alle Partner müssen bei Gegenmassnahmen also an einem Strang ziehen. In den Führungsetagen der Chemiekonzerne wird dieses Thema durchaus ernstgenommen. 80 Prozent der von Accenture befragten Top-Manager sind überzeugt, dass die Cyber-Sicherheit durch gemeinsame Anstrengungen verbessert werden sollte. Wachsende Komplexität in der Zusammenarbeit mache es unmöglich, sich innerhalb eines Partnernetzwerks punktuell von Betrieben abzuschotten, bei denen Zweifel an der IT- Sicherheit bestehen. Es fehlen aber noch passende Lösungen – und kritische Selbsteinschätzung: 77 Prozent der Befragten meinen mit Blick auf ihre IT- Sicherheit, dass professionelle Partner unentbehrlich seien. Gleichzeitig ist kaum jeder Dritte überzeugt, dass seine Partner sich so gut um IT-Sicherheit kümmern würden wie die eigene Organisation. Es gibt also noch eine ganze Menge für mehr Vertrauen und Vertrauenswürdigkeit zu tun. Dabei hätten gerade Chemieunternehmen beste Voraussetzungen für IT/OT- Sicherheit auf Topniveau: Die Branche ist geprägt von einer Philosophie der Sicherheit. Über Jahrzehnte hinweg wurden Produkte und Prozesse immer sicherer, weil kleinste Fehler beim Betrieb einer Chemieanlage grosse Folgen haben können. Nun gilt es, diese Erfahrung und Tradition in die digitale Welt zu bringen – mit einer 1–2/2020

markant steileren Lernkurve. Was sich bei Anlagen über Jahre hinweg optimieren liess, gilt es, beim IT-Einsatz angesichts der enormen Zahl von Cyber-Angriffen eher in Wochen als Monaten zu verbessern.

Cyber-Sicherheit zählt zu den Aufgaben des CEO Vor umfassenden Investitionen in technische und organisatorische Lösungen sowie der Mitarbeiterschulung braucht es grundlegende Antworten auf die Frage, wie das Unternehmen für sich sowie als Teil eines Ökosystems mit Partnern arbeiten soll. Der Übergang zum digital ausgerichteten Geschäftsmodell muss begleitet werden von wirkungsvollen Massnahmen für Cyber-Sicherheit, die dieses neue Geschäftsmodell ermöglichen. Das sind Chefentscheidungen – und deshalb sollten Massnahmen zur IT-Sicherheit konzernweit einheitlich überwacht sowie optimiert werden. Ist die Richtung klar, können IT-Experten und Fachabteilungen die einzelnen Themen wie das Erkennen von Angriffen sowie das Response Management betrachten – und beispielsweise ein Sicherheitsprotokoll von ganz oben absegnen lassen, das die Abschaltung aller PCs binnen einer Stunde vorschreibt, um eine Virusinfektion einzudämmen. Im Schnitt dauert es heute noch immer 206 Tage, bis verdächtige Aktivitäten überhaupt entdeckt werden. Für mehr Cyber-Sicherheit müssen Unternehmen sich mit Partnern entlang der Liefer kette koordinieren: Mithilfe der Blockchain- Technologie könnte man Bestellungen z. B. transparenter und weniger angreifbar abwickeln. Externe Spezialisten für Schutzmassnahmen können regelmässig Angriffe auf Konzern-IT sowie OT-Systeme simulieren und so testen, ob bzw. wie gut Cyber-Attacken bemerkt und abgewehrt werden. Diese Erkenntnisse sollten in die kontinuierliche Verbesserung der Cyber- Sicherheit einfliessen. Das wäre auch der erste Schritt von einer rein defensiven IT-Sicherheit hin zu einem offensiven System, in dem die erstklassige Sicherheitsarchitektur als Verkaufsargument beim Aufbau neuer Geschäftsbeziehungen dient.

So schützen sich Chemie unternehmen vor Attacken Chemiekonzerne sollten auf globaler Ebene mit anderen Unternehmen sowie Regierungen und Aufsichtsbehörden kooperieren. Die Zusammenarbeit ihrer Führungskräfte und Experten mit externen Spezialisten erleichtert es, potenzielle Angriffe zu erkennen und wirkungsvolle Gegenmassnahmen zu entwickeln. Jedes Unternehmen muss sich intensiv mit den Grundprinzipien der Cyber-Sicherheit beschäftigen und sein Geschäftsmodell konsequent schützen – in der eigenen Organisation ebenso wie bei seinen Partnern entlang komplexer Lieferketten. So entsteht digitales Vertrauen innerhalb des gesamten Ökosystems. Investitionen in IT/OT-Sicherheit müssen Priorität bekommen – auch ohne sofort messbare Rendite. Es gilt, neue Technologien anzuwenden, moderne Software zu installieren, IIoT-Security zu beherrschen, Update-Funktionen auf mobilen und IIoT-Geräten zu aktivieren sowie sich auf die Quantum-Herausforderung vorzubereiten. Selbst wenn die Technik perfekt scheint, bleibt der Risikofaktor Mensch. Die Mitarbeiter brauchen nicht nur eine moderne IT-Ausstattung, sondern müssen ihre Geräte auch richtig bedienen können. Zudem sollte ihnen ein Grundverständnis für verschiedene Arten von Cyber-Attacken sowie generell eine hohe Sensibilität für das Thema vermittelt werden.

Kontakt Uwe Kissmann Accenture AG Frauenmünsterstrasse 16 CH-8001 Zürich +41 44 219 88 89 uwe.kissmann@accenture.com www.accenture.com

Bilder: Erbo Spray tec AG

VERFAHRENSTECHNIK

Staubfreies, gut rieselfähiges Granulat mit definierter Korngrösse.

Instantprodukte

Staubfreies Granulat statt Pulver Instantprodukte zeichnen sich durch eine sehr schnelle Löslichkeit in Flüssigkeiten aus. Ihr Einsatzspektrum ist sehr weit und sie kommen nicht nur als Fertigprodukte zum Einsatz, sondern der Instanteffekt kann auch für innovative Vor- oder Zwischenprodukte genutzt werden. Im Gegensatz zur Pulverform – eine klassische Form von Instantprodukten – weisen Granulate erhebliche Vorteile in der Anwendung auf.

Pierrette Meyer ¹ Outdoor-Sportler und Wander-Begeisterte kennen das Problem: Wo es auf leichtes Gepäck ankommt und sauberes Wasser leicht verfügbar ist, sind Instantprodukte für die (Zwischen-) Verpflegung beliebt. Die Zubereitung ist jedoch mit Tücken verbunden: Das pulverförmige Produkt fällt stossweise aus der Packung, deren Ecken sich erst durch Schütteln entleeren lassen, und überzieht die nähere Umgebung mit einem feinen Staubfilm; das Pulver kann nur ungenau dosiert werden, setzt sich im Wasser ab und bildet Klumpen; Pulverreste in angebrochenen Tüten verklumpen und werden unbrauchbar. «Schuld» daran ist die charakteristische, sehr feine und amorphe Partikelstruktur von Pulvern.

¹ Erbo Spraytec AG, Bützberg

Weites Spektrum an verschiedenen Granulaten.

Besondere Eigenschaften Als Alternative bietet sich die Herstellung von (Mikro-)Granulaten mittels Wirbelschichttechnologie statt Pulverprodukten

an. Granulate zeichnen sich durch eine definierte und enge Korngrösse aus. Die einzelnen Körner bestehen, je nach Herstellungsart, aus einem Agglomerat einzelner Pulverpartikel oder zwiebelschichtartig auf1–2/2020

VERFAHRENSTECHNIK

Familienbetrieb im bernischen Oberaargau Die Erbo Spraytec AG ist ein Unternehmen der Erbo Group, eines Familienbetriebs in der vierten Generation. Die Gruppe zählt rund 250 Angestellte. Der Sitz der Erbo Spraytec AG befindet sich in Bützberg, einem Dorf der Gemeinde Thunstetten in der Nähe von Langenthal. Quelle: Erbo Spraytec AG

Schematische Darstellung von Verkapselungsmöglichkeiten: Mehrschicht-Coating (im Vordergrund), Matrixverkapselung (in der Mitte) und Sprühgranulierung (im Hintergrund).

Von «Zwiebelschalen» bis Matrixverkapselung Mittels Wirbelschichttechnologie kann aber nicht nur die physikalische Form der Partikel beeinflusst werden. «Zwiebelscha-

len»-Granulation, Matrixverkapselung oder (Mehrschicht-) Coating bieten die Möglichkeit, das Produkt mit zusätzlichen Eigenschaften zu versehen. So können zum Beispiel Mineralstoffe, Pflanzene xtrakte oder Aromastoffe verkapselt, oder die einzelnen Partikeln mit einer weiteren Substanz (z. B. Riechstoff oder Trennmittel) umhüllt werden. Der Phantasie sind keine Grenzen gesetzt. Das Einsatzgebiet von Sprühprodukten und Mikrogranulaten ist sehr weit. Neben der Getränke- und Lebensmittelbranche

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gebauten Einzelkörnern. Im Gegensatz zu Pulvern sind Granulate staubfrei, gut fliessund rieselfähig, genau dosierbar, nicht hygroskopisch und die enge Partikelgrössenverteilung verhindert eine Entmischung von kleineren und grösseren Partikeln.

kommen die Produkte auch in der kosmetischen, technischen und chemischen Industrie oder Futtermittelbranche zum Einsatz. Als clevere Vorprodukte können sie auch die Herstellung von innovativen Endprodukten vereinfachen oder ermöglichen. Die Herstellung von innovativen und qualitativ hochwertigen Sprühprodukten erfordert viel Erfahrung sowohl in Hinblick auf die Anlagen-Technologie als auch auf die Eigenschaften der verwendeten Rohstoffe.

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VERFAHRENSTECHNIK

Mit 90 Prozent weniger Arbeitsaufwand

Neue Sicherheit in der Verfahrenstechnik

Die Betreiber von Chemieanlagen identifizieren Risiken ihrer verarbeitenden Prozesse und gegebenenfalls ergreifen sie Schutzmassnahmen. Eine spezielle Prüfungsmethode ist hierbei nicht gefragt, die Unternehmen führen jedoch in der Regel umfassende Analysen wie das Standardverfahren Paag durch, das sehr zeitaufwendig ist. Dabei müssen sämtliche denkbare Abweichungen von der Sollfunktion erst anhand von zahlreichen Parametern erarbeitet werden. Durch die wiederholte Routine und das immer gleiche Abfragen der Parameter kann es ausserdem zu Fehlern kommen. Um dieser Problematik entgegen zu wirken, hat Verfahrens- und Umwelttechnik Kirchner (VUT Kirchner) den «Process Safety Quick Check» (PSQC) entwickelt: Auf der Grundlage von Worst-Case-Szenarien kann innerhalb kürzester Zeit ein Überblick über die wesentlichen Risiken in einer Anlage gewonnen werden. Durch kritisches Hinterfragen des betriebsinternen Wissens sorgt der eingesetzte Spezialist (der sog. Moderator) für neue Perspektiven bei bereits geprüften Einheiten und korrigiert frühere Analysefehler. Im Oktober 2016 forderte ein Unglück auf dem Gelände der BASF in Ludwigshafen fünf Menschenleben und hinterliess neben zahlreichen Schwerverletzten noch einen zweistelligen Millionenschaden. Ursächlich hierfür war laut eines Berichts der Tagesschau des Fernsehsenders ARD vom 5.2.2019 ein externer Mitarbeiter, der fälschlicherweise eine gasführende Leitung angeschnitten hatte. Solche Ereignisse zeigen, wie schwierig es ist, sämtliche Gefahrenquellen in komplexen Verarbeitungsprozessen abzudecken. Selbst gängige Analysen wie das Paag-Verfahren, die 46

Bild: Bruno Glätsch/pixabay.com

Jede und jeder, der mit Chemikalien umgehen muss, weiss, wie wichtig Sicherheitsmassnahmen und -vorschriften sind. Dem erfahrenen Praktiker ist allerdings bewusst, dass gerade die Routine schnell zur Gefahr werden kann. Aus Gewohnheit werden fehlerhafte oder gar gefährliche Praktiken übersehen. Ein geschulter Blick von aussen auf die internen Prozesse kann helfen, ungeahnte Risiken aufzuspüren. Ein Unternehmen schult die Mitarbeiter und deckt Schwachstellen mithilfe eines Worst-Case-Szenarios auf.

Selbst gängige Analysen wie das Paag-Verfahren, die Gefahrenpotenziale vorab identifizieren und so Unfälle verhindern sollen, können auch nach wiederholter Anwendung noch Lücken aufweisen.

Gefahrenpotenziale vorab identifizieren und so Unfälle verhindern sollen, können auch nach wiederholter Anwendung noch Lücken aufweisen. «Niemand kann sagen, wo das letzte Risiko verborgen ist, eine hundertprozentige Sicherheit gibt es nicht», erklärt Dr.-Ing. Robert Kirchner, Gründer und Geschäftsführer der VUT Kirchner. Trotz dieses Restrisikos muss der Anlagenbetreiber jedoch die Betriebssicherheit gewährleisten. Bei Paag, einem der Standardverfahren in der Risikoanalyse chemischer Verarbeitungsbetriebe, werden nach dem Leitwortverfahren Parameterabweichungen von der Sollfunktion einer bestimmten Prozesseinheit anhand von R+I-Fliessbildern hinterfragt. Dieser Vorgang nimmt jedoch viel Zeit in Anspruch, da erst eine ausführliche Funktionsbeschreibung der gesamten

Anlage erfolgt und zusätzlich mögliche Ursachen, Auswirkungen sowie die erforderlichen Gegenmassnahmen für einen nicht ordnungsgemäss ablaufenden Prozess ermittelt werden müssen. Zudem bleiben Risiken, die aus der Kombination von mehreren Abweichungen resultieren, unerkannt. Auch die häufig auftretende Fluktuation in der Belegschaft und der damit einhergehende Know-how-Verlust machen langfristige Analysen ineffizient und erfordern kurzfristig umsetzbare Aktionskonzepte. Nicht zuletzt kann bei wiederholter Anwendung eine gewisse routinemässige Nachlässigkeit eintreten oder es können sicherheitsrelevante Aspekte bei Änderungen an den Prozesssystemen übersehen werden. Zum Beispiel wenn ein leicht veränderter Rohstoff, der unter der Annahme gleicher Qualität billiger eingekauft wurde, 1–2/2020

VERFAHRENSTECHNIK

Worst-Case-Szenarien provozieren Als Alternative und vorbereitende Massnahme zum Paag-Verfahren bietet sich nun der PSQC an. Der «Quick Check» erfordert deutlich weniger Arbeitszeit eines Fachteams und bietet eine solide Grundlage für ausführlichere Untersuchungen. Entwickelt wurde das an Paag und die «Layer of Protection Analysis» (Lopa) angelehnte Verfahren von VUT Kirchner in den Jahren 2017 und 2018 während eines Grossprojekts mit einem internationalen Chemiekonzern. Die Herausforderung bestand darin, ein Risikoranking zu entwickeln, um den bestmöglichen Ansatzpunkt für eine umfassende Analyse zu finden. «Der PSQC diente dabei als ein Vorauswahlverfahren», berichtet Kirchner. Durch den Einsatz des PSQC war es möglich, von den 100 untersuchten Einheiten diejenigen zu identifizieren, bei denen eine tiefergehende Analyse überhaupt erforderlich ist. Auf diese Weise konnte Zeit und damit Geld gespart werden. Der Ablauf des PSQC orientiert sich am Paag-Verfahren: «Der Moderator erarbeitet gemeinsam mit dem Betriebsteam die nötigen Fakten und Beurteilungen. Er formuliert provozierende Worst-Case-Szenarien und fragt gezielt nach Lücken im Wissensstand der Mitarbeiter. Dabei bildet sich eine eigene zwischenmenschliche Dynamik mit neuem Erkenntnispotenzial», so Kirchner. Das Verfahren verläuft wie folgt: Nach einer Einteilung der Anlage in «Check Units», also Einheiten, wird im ersten von sechs Schritten ein erfahrenes Betriebsteam aufgestellt, das sich intern mit den relevanten Sicherheitsfragen vor Ort auseinandersetzt. Es besteht mindestens aus einem Anlagenfahrer, einem Ingenieur, einem weiteren Ingenieur für Prozessleittechnik sowie einem Vertreter des Instandhaltungspersonals. Das Betriebsteam setzt anschliessend in einem zweiten Schritt den Moderator als Experten auf dem Gebiet der Risikoanalyse über die Funktionsweise der Einheit ins Bild und bespricht mit ihm mögliche Ge1–2/2020

fahren. Zur Vorbereitung einer zweiten Sitzung erstellt der Moderator nun vier Worst-Case-Szenarien je Einheit, so dass die schlimmsten denkbaren Ereignisse und deren Verhinderung diskutiert werden können. Diese Szenarien werden wiederum gemeinsam mit dem Betriebsteam betrachtet, ergänzt und nach der Lopa-Methode bewertet, so dass der Moderator in einem fünften Schritt die wesentlichen Risiken und Massnahmen zur Minimierung in einem Berichtsentwurf zusammenfassen kann. Für die Schlussfassung des Protokolls findet zuletzt eine erneute Überprüfung durch das Betriebsteam statt. Somit liegt ein Dokument vor, das als Grundlage für eventuelle Projekte zur Risikominimierung und ausführlichere Sicherheitsanalysen dienen kann.

Vier statt 40 Stunden Zeitaufwand Insgesamt fallen während des PSQC damit nur zwei Sitzungen à zwei Stunden mit dem Moderator an, was einen klaren Vorteil gegenüber der umfangreichen Paag-Analyse darstellt: «Der übliche Arbeitsaufwand für eine Paag-Untersuchung liegt bei ungefähr 40 Stunden bezogen auf eine Einheit. Mit dem PSQC genügt eine reine Teamzeit mit Moderator von gerade einmal vier Stunden», rechnet Kirchner vor. Gleichzeitig verringert sich der Aufwand im Rahmen einer anschlies senden Untersuchung erheblich, da die eingesetzten Mitarbeiter nun besser mit der Thematik vertraut sind. Hier ergibt sich wiederum eine Zeitersparnis von bis zu 50 Prozent. Zusätzlich erzeugt der Moderator in seinen Gesprächen mit dem Betriebsteam eine produktive Konfliktatmosphäre, indem er Wissenslücken auslotet, mit eigenem Know-how ergänzt und das Team konstruktiv unterstützt. Durch die Verteidigungsposition der Betriebsmitarbeiter ergeben sich dynamische Situationen, in denen neue Perspektiven entstehen können. «Ein Fragenkatalog ist leicht abzuarbeiten. Die Schwierigkeit besteht aber darin, das Team vor Ort so zu befragen, dass auch tatsächlich alle relevanten Risiken entdeckt werden», erklärt Kirchner. Denn anders als beim Paag-Verfahren beschränkt sich der PSQC auf wenige Parameter. Durch das Aufstellen von Worst-

Bild: VUT Kirchner

doch veränderte Eigenschaften aufweist, die erhöhte Ablagerungen verursachen und damit verkürzte Wartungsintervalle notwendig machen.

Robert Kirchner, Gründer und Geschäftsführer der VUT Kirchner.

Case-Szenarien für jeweils eine bestimmte Einheit im Betrieb werden jedoch die wesentlichen Risiken erfasst und gleichzeitig das Fundament für weitergehende Untersuchungen gelegt. Damit kann bei guter Vorbereitung von Team und Moderator durch den PSQC das Gesamtrisiko einer Einheit beziffert und mit den anderen Einheiten in einer Reihenfolge sortiert werden. Folglich werden weder Risiken überbewertet noch wesentliche Gefahren vernachlässigt, im Gegenteil: «Das Team findet eher Fehler in früheren Sicherheitsanalysen und konzentriert sich auf neue Erkenntnisse. Andere Analysen zu ergänzen, sicherer zu machen, ist Aufgabe des PSQC», fährt Kirchner fort. So eignet sich das Verfahren nicht nur bei Erstuntersuchungen, sondern auch für die wiederholte Analyse, um unbekannte Risiken aufzudecken und den Aufwand für Sicherheitsanalysen und -investitionen klar zu priorisieren.

Kontakt Verfahrens- und Umwelttechnik Kirchner Dr.-Ing. Robert Kirchner Barfüsserstrasse 20 D-99817 Eisenach +49 3691 7038011 info@umwelttechnik-kirchner.de www.umwelttechnik-kirchner.de

WERKSTOFFE

Wärmeisolierend und gleichzeitig wärmeleitend

Material mit gegensätzlichen Eigenschaften

Wärmeisolation und Wärmeleitung spielen in unserem Alltag eine entscheidende Rolle – angefangen von Computerprozessoren, bei denen es wichtig ist, Wärme schnellstmöglich abzuleiten, bis hin zu Häusern, wo eine gute Isolation für die Energiekosten essenziell ist. Oftmals werden für die Isolation leichte, poröse Materialien verwendet wie beispielsweise Styropor, für die Wärmeableitung schwere Materialien wie Metalle. Ein neu entwickeltes Material, welches Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des MPI-P mit der Universität Bayreuth gemeinsam entwickelt und charakterisiert haben, kann nun beide Eigenschaften verbinden. Das Material besteht aus sich abwechselnden Schichten hauchdünner Glasplättchen, zwischen welche einzelne Polymerketten eingeschoben sind. «Im Prinzip entspricht unser so hergestelltes Material dem Prinzip einer Doppelverglasung», so Markus Retsch, Professor an der Universität Bayreuth. «Es zeigt nur den Unterschied, dass wir nicht nur zwei Schichten haben, sondern hunderte». Senkrecht zu den Schichten zeigt sich eine gute Wärmeisolation. Mikroskopisch betrachtet ist Wärme eine Bewegung bzw. Schwingung einzelner Moleküle in dem Material, die sich an die benachbarten Moleküle überträgt. Indem viele Schichten aufeinander aufgebaut werden, verringert sich diese Übertragung: Durch jede neue Grenzschicht wird ein Teil der Wärmeübertragung blockiert. Im Gegensatz dazu kann die Wärme innerhalb einer Schicht gut geleitet werden – hier existieren keine Grenzflächen, die den Wärmefluss blockieren würden. So ist die Wärmeübertragung innerhalb einer Schicht um den Faktor 40 höher als senkrecht dazu. Die Wärmeleitfähigkeit entlang der 48

Schichten ist hierbei vergleichbar mit der Wärmeleitfähigkeit von Wärmeleitpaste, die unter anderem zur Aufbringung von Kühlkörpern bei Computerprozessoren verwendet wird. Für elektrisch isolierende Materialien auf Polymer-Glas-Basis ist dieser Wert aussergewöhnlich hoch – er übersteigt den von handelsüblichen Kunststoffen um den Faktor sechs. Damit das Material effizient funktioniert und zudem transparent ist, mussten die Schichten mit sehr hoher Präzision aufeinander aufgebracht werden – jede Inhomogenität würde die Transparenz ähnlich wie ein Kratzer in einem Stück Plexiglas stören. Jede Schicht hat nur eine Höhe im Bereich von einem Nanometer. Um die Homogenität der Schichtfolge zu untersuchen, wurde das Material in der Gruppe von Josef Breu, Professor für Anorganische Chemie an der Universität Bayreuth, charakterisiert. «Wir nutzen hierfür Röntgenstrahlen, mit denen wir das Material beleuchten», so Breu. «Durch Überlagerungseffekte dieser Strahlen, die von den einzelnen Schichten reflektiert werden, konnten wir zeigen, dass die Schichten sehr präzise hergestellt worden sind.» Eine Antwort, warum diese schichtartige Struktur so aussergewöhnlich unterschiedliche Eigenschaften entlang bzw. senkrecht zu den einzelnen Glasplättchen aufweist, konnte Prof. Fytas im Arbeitskreis von Prof. H.-J. Butt liefern. Mit einer speziellen Laser-basierten Messung konnte seine Gruppe die Ausbreitung von Schallwellen charakterisieren, die ähnlich wie Wärme durch die Betrachtung der Schwingungen einzelner Moleküle im Material zu verstehen ist. «Dieses strukturierte, aber dennoch transparente Material, eignet sich hervorragend, um zu verstehen, wie unterschiedlich der

Bild: MPI-P, Lizenz CC-BY-SA

Styropor oder Kupfer – beide Materialien weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf, was ihre Fähigkeit betrifft, Wärme zu leiten. Forschende des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der Universität Bayreuth haben nun gemeinsam ein neuartiges, dünnes und transparentes Material entwickelt, welches unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweist. Während es in einer Richtung gut Wärme leiten kann, zeigt es in der anderen Richtung gute Wärmeisolation.

Das neu entwickelte Material leitet Wärme gut entlang der Schichten, während es senkrecht dazu wärmeisolierend wirkt.

Schall sich entlang der verschiedenen Richtungen ausbreitet», so Fytas. Aus den unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten kann direkt auf die richtungsabhängigen mechanischen Eigenschaften geschlossen werden. Originalpublikation Z. Wang et al., «Tunable Thermoelastic Anisotropy in Hybrid Bragg Stacks with Extreme Polymer Confinement», Angewandte Chemie, International Edition in English (2019); https://onlinelibrary.wiley.com/ doi/full/10.1002/anie.201911546 Kontakt Prof. Dr. Georg Fytas Max-Planck-Institut für Polymerforschung Ackermannweg 10 D-55128 Mainz +49 6131 379 718 fytas@mpip-mainz.mpg.de www.mpip-mainz.mpg.de

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LITERATUR

Die Chemie in Süssigkeiten und Backwaren Von Nikola Schwarzer erschien das Sachbuch «Was uns schmeckt und was dahinter steckt» im S. Hirzel Verlag. Wer schon immer wissen wollte, weshalb knuspriges Brot mit der Zeit zäh und ledrig wird oder wie gross die Luftbläschen im Eischnee sind, dem sei dieses Buch zu empfehlen. Die Bläschen haben übrigens einen Durchmesser von rund 400 bis 700 Nanometer, also gerade im Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht. In einfacher und lockerer Sprache beschreibt die Autorin die chemischen Vorgänge beim Kneten von Teig oder sie berichtet von den besonderen Eigenschaften der Schokolade. Das Werk ist in den Hauptbestandteilen von Backwaren und anderen Süs-

sigkeiten gegliedert. Es beginnt mit dem Kapitel «Mehl» und endet mit dem Kapitel «Geliermittel». So erfährt der Leser beispielsweise nicht nur, dass Schokolade im Wesentlichen aus Kakaobutter, also aus Fett, restlicher Kakaomasse und Zucker besteht, sondern auch, dass sie

zudem unzählige bioaktive Stoffe aufweist. Neben rund 600 verschiedenen Aromastoffen, die sich erst nach der Röstung der Bohnen entfalten können, enthält die braune Masse auch Stimulantien (z. B. Koffein und Theobromin) und Antioxidantien (z. B. Catechin und Epicatechin) und eine psychoaktive Substanz, die der Struktur von Amphetamin sehr ähnelt: 2-phenylethylamin. Die meisten dieser Stoffe seien aber in einer äusserst geringen Konzentration in der Schokolade nachweisbar, räumt die Autorin ein. Der Fliesstext wird von aufschlussreichen Illustrationen (gezeichnet von der Autorin) und von Fotografien begleitet. Das Buch kann chronologisch oder auch häppchenweise als

Nachschlagewerk gelesen werden. Das Sachbuch eignet sich vor allem für Laien, die sich stark für chemische Vorgänge in Gebäcken interessieren, aber auch für Menschen mit chemischem Grundwissen, die eine grosse Leidenschaft fürs Backen haben und sich vom Buch inspirieren lassen möchten. Alle Erklärungen und Angaben wurden mit grosser Sorgfalt recherchiert. Im Anhang findet die Leserin oder der Leser reichlich zitierte Literatur von wissenschaftlichen Studien. Nikola Schwarzer, «Was uns schmeckt und was dahinter steckt», 2018, 1. Auflage, 184 Seiten, 183 farbige Abbildungen, zwei farbige Tabellen, gebunden, S. Hirzel Verlag, ISBN: 978-3-7776-2724-3.

tionshäppchen lassen Vergessenes wieder ins Bewusstsein wandern. Das Buch ist auch

als kleiner Begleiter für eine Grundlagenvorlesung an einer Universität oder Fachhochschule geeignet. Die Sprache ist aus didaktischen Gründen sehr schlicht gehalten, was naturgemäss dazu führt, dass die fachliche Information ungenauer erscheint. Die Abbildungen und Grafiken sind konsequent in SchwarzWeiss. Thomas Wurm, «Chemie für Einsteiger und Durchsteiger», 2019, 2. Auflage, 378 Seiten, 150 schwarz-weisse Abbildungen, Taschenbuch, Wiley-VCH, ISBN: 978-3-527-34586-1.

Chemiekenntnisse «auffrischen» Bereits in der zweiten Auflage erschien das Fachbuch «Chemie für Einsteiger und Durchsteiger» aus dem Hause des Verlags Wiley-VCH. Das Buch richtet sich an Studierende der Chemie als Neben- oder Grundlagenfach. In 18 Kapiteln (exkl. Schlüssel) werden auf klassische Weise die Grundlagen des Fachs vermittelt, wobei bewusst auf eine oberflächliche Behandlung der Materie geachtet wird. Besonders nennenswert sind die kleinen «Tipps», die so manchem Leser einen Aha-Effekt bescheren werden. 1–2/2020

Die Informationen im Buch lassen sich allerdings nicht autodidaktisch aufarbeiten. Vor allem nicht, wenn die Leserin oder der Leser über geringe Grundlagen in der Chemie verfügt. Die Themen werden hierfür viel zu kurz behandelt und gewisse Grundsätze werden bereits vorausgesetzt, obschon sie erst später im Buch erläutert werden. Umso mehr eignet sich das Buch für Personen, die ihre Grundkenntnisse in der Chemie auffrischen möchten, weil sie bereits vieles wieder vergessen haben. Die kleinen Informa

VERBANDSSEITE

■ Infostelle SCV Schweizerischer Chemieund Pharmaberufe Verband Postfach 509 CH-4005 Basel info@cp-technologe.ch www.cp-technologe.ch

■ Präsident ■ Höhere Fachprüfung ■ Termine Kurt Bächtold Chemietechnologe Alle Termine online Siegfried AG, Daniel Müller anschauen: Bodenackerstrasse 15F Untere Brühlstrasse 4 www.cp-technologe.ch CH-4334 Sisseln CH-4800 Zofingen praesident@cp-technologe.ch +41 62 746 10 71 weiterbildung@cp-technologe.ch

SEKTION FRICKTAL Zweijahresbericht Kulinarisches, interessantes und viele strahlende Gesichter haben uns in den letzten beiden Jahren bei den Anlässen der Sektion Fricktal begleitet. Das Programm war nicht nur in ernährungstechnischer Hinsicht ausgewogen, aber eben gerade auch dort: – Besichtigung einer Bierbrauerei – Knackige Zweifel Chips – Selbständiges Zubereiten zartschmelzender Schoggi Demgegenüber boten die Familienanlässe, mit Besuch des Steinwasenparks und des Funparks Schluchsee, die Möglichkeit, sich viel zu bewegen und die Kalorien wieder dahinschmelzen zu lassen. Obwohl,

auch von dort aus mussten die Teilnehmer nicht mit knurrendem Magen die Heimreise antreten . . . Dass Chemikanten und Chemie- und Pharmatechnologen auch mit Höherprozentigem angemessen und verantwortungsbewusst umgehen können, zeigten die Besichtigung im Whisky Castle in Elfingen und im Weingut Fürst in Hornussen. Beide Gaststätten boten auch Raum zur Abhaltung der jährlich stattfindenden Generalversammlung. Selbstverständlich gehört zu edlen Tropfen auch ein ebenbürtiges Häppchen. Es war mir als Präsident eben wichtig, dass unsere Vereinsmitglieder auch nach einer Generalversamm-

lung nicht mit Hunger verabschiedet werden. Aber eigentlich reden wir hier über eine Tradition, die wir gerne auch in den kommenden Jahren aufrechthalten werden. Wir freuen uns, wenn wir auch in Zukunft zu allen Anlässen einen grossen Zustrom erwarten dürfen. Für ein innovatives und kreatives Gremium gilt: kein Rückblick ohne Ausblick. Seit 2018 arbeitet die Sektion Fricktal mit einem teilerneuerten Vorstand. Dies funktioniert sehr gut. Die neuen Vorstandsmitglieder haben sich gut integriert und arbeiten professionell mit den Bisherigen zusammen. Die Zukunft des Vorstands und damit natürlich

auch des Verbands wird so gesichert. Mittelfristig wollen Patrick und ich als Vizepräsident bzw. Präsident auch den zweiten Schritt des Generationenwechsels umsetzten. Unsere Nachfolgeregelung. Auch diesbezüglich bleiben wir am Ball. Unsere Mitglieder wünschen wir uns weiterhin am Puls des Geschehens: bei der Teilnahme an unseren Anlässen wie auch bei der Mitgliederwerbung. Für Letztere gibt es eine Prämie. Mehr Infos dazu auf der Website des Verbands und beim Vorstand. Auf zwei weitere interessante Jahre. Dieter Brunner

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PRODUKTE

Deutlich höhere Geschwindigkeit und Drehmoment

Die neue Metall-Planetengetriebe-Familie GPT zeichnet sich durch kompakte Abmessungen, ein hohes Drehmoment und feinste Abstufungen der zahlreichen Untersetzungsverhältnisse aus. Sie ist robust und toleriert häufige sowie plötzliche Lastwechsel. Die Getriebe arbeiten mit hoher Effizienz, lassen sich mit vielen unterschied-

lichen Motoren kombinieren und ermöglichen verschiedene Wellenkonfigurationen. Die rein metallenen Getriebe erreichen Leistungswerte, die mit denen deutlich teurerer Technologien auf dem Markt, die etwa keramische Komponenten nutzen, vergleichbar sind. Die Getriebe stehen mit Durchmessern von 22, 32 und 42 Millimeter zur

Der Massedurchflussregler mit FDA-Zulassung

Die neuste Schweizer Hightech- Entwicklung für Gase der «red-y smart series» mit FDA-Zulassung ist besonders geeignet für Mess- und Regelaufgaben in den Bereichen Pharma, Biotechnologie und Life Science. Hauptmerkmale des Durchflussreglers sind: – Werkstoff Edelstahl 316L (1.4404) – Dichtungen FDA USP Class VI, ADI free – Prüfzeugnis 3.1 nach ISO 10474 / EN 10204 – Hohe Wiederholgenauigkeit und Zuverlässigkeit – Langzeitstabilität Die Durchflussregler und Durchflussmesser überzeugen durch hohe Genauigkeit und einen grossen

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Dynamikbereich und sind jetzt auch mit Industrial-Ethernet- Schnittstelle erhältlich. Ausgerüstet mit den beiden Industrial-Ethernet-Protokollen EtherCAT («Ethernet for Control Automation Technology») und Profinet RT («Real Time»), sind sie nun optimal bereit für die Industrie 4.0. Die Geräte werden mit Echtgas kalibriert und sind somit perfekt auf die Anwendung des Benutzers eingestellt. Besondere Leistungsmerkmale sind die sehr kurze Reaktionszeit von ± 80 ms und Aufwärmzeit von weniger als 1 Sekunde für die volle Genauigkeit: Plug and Play. Folgende Schnittstellen sind vorhanden: – Analog – Modbus RTU – Profibus DP-V0/DP-V1 – Profinet RT – EtherCAT Contrec AG Riedstrasse 6 CH-8953 Dietikon +41 44 746 32 20 info@contrec.ch www.contrec.ch

Verfügung. Sie erreichen sowohl beim Drehmoment als auch bei der Geschwindigkeit Höchstwerte. Im Vergleich zu den Vorgängermodellen wurde die Eingangsdrehzahl auf über 10 000 rpm mehr als verdoppelt. Bei intermittierendem Betrieb kann sie bis zu 20 000 rpm betragen. Die Serie 42GPT kann ein intermittierendes Drehmoment von bis zu 25 Nm erreichen, bei einer Länge von nur noch 71 Millimetern. Sie sind auf grösste Robust heit ausgelegt und tolerieren sowohl ständige als auch sehr abrupte und starke Lastwechsel. Zugleich sind sie deutlich kürzer als andere Modelle mit dem gleichen Durchmesser. Die Getriebe können mit bis zu vier Reduktionsstufen ausgestattet werden. Zu den wichtigen Merkmalen der Produktfamilie zählt die hohe Zahl der verfügbaren Unterset-

zungsverhältnisse mit ihrer sehr gleichmässigen Verteilung. Damit kann die Motorleistung optimal ausgenutzt werden: Mit derselben Eingangsdrehzahl lässt sich ein höheres Drehmoment, mit demselben Drehmoment eine höhere Geschwindigkeit erreichen. Zudem wird der Stromverbrauch im Vergleich zu den Vorgängermodellen deutlich gesenkt. Dank ihres minimalen Spiels ist die neue GPT-Familie besonders gut für Aufgaben mit präziser Positionierung geeignet.

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