ChemieXtra 12/2021 by SIGWERB GmbH

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Dezember 2021

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

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EDITORIAL

Was tun mit dem verflixten CO2? Kohlendioxid ist eng mit dem Leben auf der Erde verwoben. Wo gelebt wird, spielt das Gas eine zentrale Rolle. Die ganze Welt atmet damit. Die Klimaerwärmung hat aber auch gezeigt, dass dieses für den Menschen in reiner Form giftige Gas noch viele andere Auswirkungen hat. Die Menschheit ist sich nun einig, dass die massive Reduktion des CO2-Ausstosses für unser Überleben auf der Erde hilft. Aber wohin mit dem Übeltäter. Die einen meinen, dass nur die drastische Reduktion helfen kann. Andere glauben, dass der Mensch genug clever ist, dieses Problem technisch zu lösen. Nun wird zum Beispiel viel Energie verwendet, neue Wege zur Bändigung des Kohlendioxids zu suchen. So auch Forschende des Paul-Scherrer-Instituts. Sie konzentrieren sich auf Kohlenmonoxid (CO) und Ameisensäure (HCOOH). Ziel der Forschung ist, durch Elektrolyse von Kohlendioxid die beiden Produkte wirtschaftlich profitabel zu erlangen. Ameisensäure kann momentan zwar erfolgreich hergestellt werden, erzeugt durch den hohen Energieverbrauch aber noch zu viel CO2. Doch man sieht beim Kohlenmonoxid ein grosses Potenzial für den Kohlendioxid-Abbau. Noch steht man bei dieser Forschung erst in den Anfängen. Bei einem völlig anderen Gebiet, der Erforschung der Darmbakterien, ist man bereits einige Schritte weiter. Es scheint fast ein Paradox, dass sogenannte Darmbakterien als Fremdkörper in Einklang mit dem Immunsystem leben, ohne von diesem zerstört zu werden. Man hat herausgefunden, dass Antikörper die Darmbakterien in Schach halten können. Die Frage, wieso das Immunsystem mit den gutartigen Bakterien im Darm ein Gleichgewicht erzielt, pathogene Eindringlinge dagegen wirksam vernichten kann, ist nach wie vor nicht abschliessend geklärt und Gegenstand der weiteren Forschung. Diese beiden so unterschiedlichen Gebiete zeigen auf, wie vielfältig nach wie vor der menschliche Geist versucht, Probleme, zum Beispiel der Gesundheit und somit des eigenen Organismus zu erforschen. Oder aber die Problematik der Umwelt, die ja vom Menschen erzeugt ist, so zu lösen, dass weiteres Leben möglich ist. Dabei darf die naturwissenschaftliche Forschung nicht gegen die geisteswissenschaftlichen Erkenntnisse ins Feld geführt werden. Nur beides zusammen ist zielführend, nur beides in Ergänzung bringt die Menschheit weiter. Wie beim CO2 hilft nur die Reduktion durch Verzicht und durch technische Bindung des Gases.

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ILMAC 2021

Das war die Ilmac 2021 in Basel

Die ChemieXtra war als Hauptmedienpartnerin auf der Fachmesse für die Chemie- und Life-Science-Branche und sammelte einige Eindrücke, Zwischentöne und Produkte, die auf der Messe anzutreffen waren.

Zwei neue Stoffklassen im Bereich der Nanomaterialien haben Chemiker der Goethe-Universität Frankfurt entwickelt und untersucht: Eine computergestützte Analyse.

BIOWISSENSCHAFTEN Diese Bakterienstämme schützen vor Infektionen

Verschiedene Bakterien tummeln sich im Darm und schützen vor Infektionen. Wird jedoch das Gleichgewicht dieser Gemeinschaft gestört, gewinnen oft Erreger die Oberhand.

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

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Anzeigenverkaufsleitung Thomas Füglistaler

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Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Alte Bahnhofstrasse 9a CH-5610 Wohlen +41 56 619 52 52 info@sigimedia.ch

ISSN-Nummer 1664-6770

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

Internet www.chemiextra.com

Alexander Jegge a.jegge@sigwerb.com

Geschäftsleiter Andreas A. Keller

Redaktionelle Mitarbeit Dr. Kurt Hermann

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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.

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WERKSTOFFE

Neuer Wirkungsgrad bei flexiblen Solarzellen

Scale-up und Scale-down

Einen neuen Wirkungsgradrekord von knapp 21,4 Prozent für CIGS-Solarzellen auf flexibler Polymerfolie haben Wissenschaftler der Empa erzielt. Solarzellen dieses Typs eignen sich z. B. für Anwendungen auf mobilen Geräten.

VERFAHRENSTECHNIK

Was im Labor gut funktioniert, kann eine oder zwei Stufen weiter bei der Produktion schon nicht mehr so schön und einfach gelingen. Lösungen aus der Welt der Labortechnik.

FORSCHUNGSWELT

Heisenberg unter dem Mikroskop

VERBANDSSEITEN SCV-Informationen

Komplementäre Systeme, wie es Ort und Impuls sind, lassen sich nicht gleichzeitig exakt bestimmen. Österreichische Forscher testeten die quantenmechanischen Grenzen eines makroskopischen Glaskügelchens aus.

PRODUKTE

LIEFERANTEN VERZEICHNIS

UMWELT Wie Quecksilber ins Meer gelangt

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Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

nologie zur Optimierung der Geräteleistung. Der Kühler kann sowohl im Innen- wie auch im Aussenbereich aufgestellt werden. Die zulässige Umgebungstemperatur beträgt –30 °C bis +50 °C. Die Bedienung aller Betriebszustände kann vom Innenraum aus erfolgen. In der Schweiz bedient die MLT AG Interessenten gerne mit Beratung und umfangreichen Services rund um die Umlaufkühler von Van der Heijden.

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Sicherlich ein ungewohntes Bild: Endlich treffen sich die Menschen wieder persönlich auf der Fachmesse Ilmac. (Bilder: Roger Bieri, Alexander Jegge und Jörg Signer)

Eindrücke, Zwischentöne und Produkte

Das war die Ilmac 2021 in Basel Alle zwei Jahre findet in Basel die Ilmac statt, die grösste Schweizer Fachmesse für die Chemie- und Life-ScienceBranche. Dieses Jahr stellte keine Ausnahme dar – trotz der gegenwärtig schwierigen Lage. Rund 7000 Besucher und Austeller haben sich während drei Tagen in der Stadt am Rheinknie getroffen. Die ChemieXtra war als Hauptmedienpartnerin ebenfalls vor Ort: Einige Eindrücke, Zwischentöne und Produkte, die auf der Messe anzutreffen waren.

Roger Bieri, Alexander Jegge Jede Live-Messe während der Coronapandemie ist anders als sonst. Sie sind kleiner und überschaubarer geworden. Manchmal dominieren die Schutzkonzepte die Wahrnehmung, oft sind sie nur im Hintergrund und kaum greifbar. Die Ilmac 2021 war da keine Ausnahme. Mit rund 250 Ausstellern ist die Fachmesse um ungefähr 40 Prozent geschrumpft. Etwa 7000 Besucher und Austeller haben sich in Basel getroffen. Zwar gab es keine Maskenpflicht, dafür aber eine Covid-Zertifikatspflicht, die behördlich vorgeschrieben worden war. Diese Umstände mögen für manche bedrückend wirken, sind sie aber nicht. Denn neben den nackten Zahlen geht es auf einer Messe in erster Linie um die Qualität. Und zwar für alle: die Besucher, Veranstalter und alle Stakeholders zusammen. Die Grossveranstaltung soll Kontakte vermitteln, Geschäfte ermöglichen und die Bildung vorantreiben. «Es gehen immer mehr Besucher mit einem konkreten Bedarf auf die Messe und sie bereiten sich besser vor 4

Am 19. Oktober öffnete die Messe ihre Tore für die Besucherinnen und Besucher der Chemieund Life-Science-Industrie.

als noch zu Zeiten vor der Pandemie», sagt Messeleiter Michael Bonenberger. «Die Austeller haben sehr positiv auf die Messe reagiert.» Für Bonenberger persönlich war diese Ilmac eine ganz besondere, denn es wird seine letzte gewesen sein. Drei Messen in Lausanne und drei in Basel hat er organisiert und durchgeführt. «Ich bedanke mich bei den Besuchern und bei allen Stakeholdern. Ich hatte durch diese Zusammenarbeit die Möglichkeit, mich per-

sönlich weiterzuentwickeln. Dafür bin ich sehr dankbar.» Bonenberger förderte den Austausch innerhalb der Branche, indem er den Dreijahre-Rhythmus der Ilmac Basel auf zwei Jahre beschleunigte. Auf diese Weise findet jedes Jahr entweder in Basel oder in Lausanne eine Ilmac statt. «Wir kennen die Bedürfnisse aller besser. Durch diesen Zweimesse-Rhythmus ist man im ständigen Dialog und so kann man den Markt 12/2021

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Am zweiten Messetag, am 20. Oktober, wurde offiziell die Ilmac Community ins Leben gerufen, eine digitale Plattform, auf der sich die Besucher der Ilmac online auch nach der eigentlichen Veranstaltung vertieft informieren können.

Bekannte Firmen wie Socorex , Waters oder Büchi zieren den roten Teppich.

«Ich bedanke mich bei den Besuchern und bei allen Stakeholdern. Ich hatte durch diese Zusammenarbeit die Möglichkeit, mich persönlich weiterzuentwickeln.» Michael Bonenberger, Messeleiter der Ilmac

besser verstehen. Wir haben das gemeinsame Ziel klarer vor Augen».

Von der Instandhaltung bis zur Pharmalogistik Die Ilmac überzeugte auch dieses Jahr mit ihrer anspruchsvollen Themenvielfalt. Ne12/2021

ben der eigentlichen Messe gab es beispielsweise eine neue Sonderschau, die sich ausschliesslich dem Thema der Instandhaltung widmete, die «Maintenance Excellence Arena». Während der «Pharmalogistics Days» stellten im hinteren Bereich der Messehalle zahlreiche Logistikspezialisten aus. Passend zum Thema Transport konnten die Besucher mit richtigen Gokarts auf eine eigens anlegte Rennstrecke durch einen Teil der grossen Halle flitzen.

Automatisierung, Fernwartung und Visualisierung Neben grossen, bekannten Firmen wie Endress+Hauser, Waters oder Bruker stellten wie immer auch kleine innovative Unternehmen aus, wie z.B. Aicos, das sich auf Datenanalyse, Statistik und Produktionslogistik spezialisiert hat. Unternehmen wie Anton Paar haben die Plattform genutzt,

Futuristisch anmutende Gadgets sind im Vergleich zu früheren Messen häufiger anzutreffen.

um auf ihr umfangreiches Portfolio aufmerksam zu machen, denn oft kennen die Anwender lediglich ein Spektrum oder gar nur ein Produkt eines Unternehmens. Die meisten Produkte und Dienstleistungen der Aussteller waren von folgenden Gesichtspunkten und Lösungsansätzen stark beeinflusst: Nachhaltigkeit im Labor, benutzerfreundliche Automation, visuelle Kommunikation, industrielles Internet der Dinge (IIoT) und Datensicherheit.

Einige Produkte, Dienstleistungen und Eindrücke Da ein Bild mehr sagt als tausend Worte, gibt es auf den folgenden Seiten einige Eindrücke vom Messeerlebnis und Wissenswertes zu zahlreichen Unternehmen. ihren Produkten sowie Dienstleistungen. 5

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Lukas Hablützel von Endress + H auser (Schweiz) AG präsentiert hier Sensoren der sogenannten Memosens-Technologie der zweiten Generation. Die Sensoren sind mit einem besonders einfachen und zuverlässigen Stecksystem aus robustem Kunststoff ausgestattet. Sie übertragen die Messwerte dank diesem Stecksystem induktiv an den Messumformer. Dadurch können sich Kabel nicht verdrehen und die Anwendung wird besonders benutzerfreundlich. Die Daten werden direkt im Sensorkopf gespeichert. Sie eignen sich für IIoT-Anwendungen.

Christopher Moser von der Weiss Technik AG zeigte mehrere Abluft und Belüftungssysteme. Die neuesten Abluftsysteme für Chemie, wie auch für biologische Labors arbeiten mit Filtern, die eine Kontamination der Abluft quasi verhindern. Auch Die Luftreinigung für Innenräume (siehe Bild) sind mit modernsten Filtersystemen ausgerüstet, um eine saubere Luft zu erhalten.

Die Schweizerische Chemische Gesellschaft (SCG) organisierte während der Messe Symposien: Hier zum Thema Flow Chemistry.

Die Haug Biel AG ist darauf spezialisiert, Oberflächen aller Art elektrostatisch zu entladen. In Abfüllanlagen, zum Beispiel, entstehen Aufladungen etwa bei Pulvern. Abfüllen, Dosieren sowie Wägen sind Prozesse, bei denen die Haug für die elektrostatische Entladung sorgt. «Auch Befördern oder Trennen werden unsere Geräte eingesetzt, die als einzige zertifiziert sind. Benutzt wird dabei Hochspannung», erläutert der Haug-Verkaufsleiter Patrik Andreic.

Dr. Winfried Röder von der Gerstel AG ist Vertriebsbeauftragter und zuständig für die Schweiz. Das Familienunternehmen entwickelt und produziert Systeme für die chemische Analytik. Ihre Schwerpunkte liegen in der Gaschromatographie (GC & GC/MS) und Flüssigchromatographie (LC & LC/MS). Beispielsweise bietet das Unternehmen neu ein gekoppeltes Analysesystem, das sich für die Bestimmung von Mikroplastik besonders eignet: das sogenannte Thermal-ExtractionDesorption-GC/MS (TED-GC/MS).

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Volker Bittner (links) und Jürgen P. Feser von Vega Messtechnik AG.

Auch frische Brezel präsentierten sich auf der Messe.

Gabor Fischer, Marketing und Sales Manager der LRP AG.

Kundengespräch am Stand von der Firma Stäubli AG. Das Unternehmen ist Spezialist für Kupplungssysteme. So bietet es beispielsweise Kupplungen an, die sich besonders für grosse Nennweiten und für Medien mit hohem Volumenstrom eignen.

Doris Friedlos, die CEO vom Laborbedarfsspezialisten Hettich AG, war an der Ilmac mit dem neuen Evapor Combidancer II am Stand. Er arbeitet mit einer ausgereiften Pumpentechnologie und kann den Verdampfungsprozess präzise steuern. Die chemisch resistente Membranpumpe arbeitet öl- und hysteresefrei.

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Helme stehen für die Gokartfahrt im hinteren Hallenbereich der Messe bereit.

Alexander Barroso von Bruker Switzerland AG präsentiert das FT-IR-Mikroskop Lumos S II. Es ist ein automatisiertes Stand-Alone-Mikroskop, mit Fokus auf Fehleranalyse, Materialforschung und Partikelanalyse. Es ist kompakt, präzise und schnell. Die Grundlage dafür sind bewährte, verbesserte und ganz neu entwickelte Technologien – doch im Zentrum stehen die beiden innovativen TE-MCTund Focal-Plane-Array-(FPA)-Detektoren.

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Der Aussendienstmitarbeiter Alban Alili (links) und der Geschäftsführer der Sebio GmbH, Daniele Di Girolamo. Das Unternehmen aus Sissach hat sich auf die Bereiche der Chromatographie, Filtration und Mikrobiologie spezialisiert. Mit der Vakuumfiltrationseinheit Flex Vac Pro von Sebio (nicht auf dem Bild) können ganze Filtrationsserien durchführt werden. Das System richtet sich strickt nach den Bedürfnissen des Anwenders: Die Zahl der Absaugplätze, die Trichtergrösse und die Art der Anschlussteile lassen sich anpassen.

Samuel Schrems bietet für die Asecos Schweiz AG brandschutzsichere Lagerkästen für Lithium-Batterien. Dabei schützen die Möbel sowohl von aussen nach innen, wie auch umgekehrt, so dass entweder die eingelagerten Batterien, oder die Umgebung keinen Schaden nehmen kann. Es handelt sich um Kästen des Typs 90, die 90 Minuten Feuerwiderstand leisten.

Gerade in der Pharmabranche ist die Qualität des verwendeten Reinstwassers von hoher Bedeutung. Sogenannte Total Organic Carbon Analyzers, wie der TOC-1000e von der Shimadzu Schweiz GmbH, sorgen hierbei für die nötige kontinuierliche Kontrolle. Der TOC-1000e weist eine Nachweisgrenze von 0,1 µg/L auf. Der Clou am neuen Analysegerät: Es wird neu eine quecksilberfreie Excimerlampe als UV-Lichtquelle verwendet.

Die Metrohm Schweiz AG bietet mehrere Arten von Raman-Handspektrometer an – je nach Anwendung. Hier auf dem Foto ist der «Mira XTR» abgebildet. Mit diesem Handspektrometer lassen sich in einer Entfernung von bis zu zwei Metern rund 21 000 chemische Verbindungen bestimmen. Dieses Gerät ist für den Einsatz in der Sicherheitsbranche gedacht, man denke nur an die Bestimmung von potenziell gefährlichen Stoffen.

Innerhalb der Ilmac fanden die Pharmalogistics Days statt. Diese Sonderausstellung beschäftigt sich mit zentralen Fragen rund um die Pharmalogistik.

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NBS Scientific unterstützt die Laborarbeit in vielen Pharmabereichen. An der Ilmac 2021 ist Dr. Andreas Gund, Sales Manager (rechts) mit einem 96-Kanal-Gerät da, das Tubes und Racks automatisiert öffnet und sie in andere Racks transportieren und wieder schliessen kann. Die Tubes sind dabei mit einem Schraub-Verschluss versehen und werden bei Biobanken, Forschungszentren und anderen Laboren in der Life-Science-Branche eingesetzt.

Jürgen Söchtig (l.) und Nikolaos Droseros brachten für GMP SA eine Weltneuheit an die Messe. Das Gerät misst Partikelgrössen, zum ersten Mal nicht nur in Kugelform, sondern auch Partikel mit anisotropischem Charakter. Es handelt sich um eine Stand-Alone-Apparatur.

Die Garbagas AG hilft mit ihrem neuen Produkt den Pharma- und Biotechunternehmen, die behördlichen Vorschriften einzuhalten, denn die sogenannte «Gas Indentification Unit» prüft und identifiziert das angelieferte Gas (z. B. N 2 , O 2 und CO2 ), so wie es gemäss den GMP-Richtlinien vorgesehen ist. Das zum Patent angemeldete Analysegerät liefert das Testresultat innert fünf Minuten.

Michael Stampfli von der Hach Lange GmbH. Das Unternehmen ist auf die Wasseranalytik spezialisiert.

Fabio Stiz, CEO und Eigentümer der Aseptconn AG, Spezialistin für die flüssige Steriltechnik in der Life-Science-Branche.

Grosses Interesse am Stand der Krohne AG.

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Stefan Hiltebrand von der Hil-Trade GmbH erläutert einem interessierten Besucher einen seiner ausgestellten Reaktoren.

Ebro Electronic GmbH präsentierte unterschiedliche Datenlogger, die verschiedenste Daten aufzeichnen können, die der Überwachung von Prozessen dienen. Mike Uzelac erläutert die zahlreichen Einsatzmöglichkeiten und verweist beispielsweise auf die Überwachung von Lysterien.

I3 Membrane ist in der Partikelanalytik der Pharma tätig. Eine Spezialität, wie Stephan Brinke-Seiferth erläutert, ist eine Membrane mit einer revolutionären Idee: Durch das Auftragen einer ultradünnen Goldschicht auf beiden Seiten der Membrane und dem Anschliessen an eine Stromquelle wird ein elektrisches Feld erzeugt. Biomoleküle können nun einfach und schnell desorbiert und dieser Prozess beliebig oft wiederholt werden.

«Die Zang Diletbox», so Christoph Zang von der HiTec Zang GmbH, «verbindet alle möglichen Laborgeräte, wie Waagen, Pumpen, Rührer, Thermostate und Temperatursensoren miteinander». Ein Rechner kann die Werte aufzeichnen und steuern, kann Abläufe definieren und laufen lassen. Anne Kaaden von der assoziierten Firma Ehrfeld bietet Micro-Laborreaktoren für viele Reaktionen.

Der Chemieingenieur (ETH) Yves Lachavanne von Socorex Isba SA erklärt, worauf es beim richtigen Umgang mit Dosiergeräten ankommt. Es gibt in der Schweiz wohl kein Labor, bei der nicht mindestens eine Mikropipette des Westschweizer Unternehmens zum Einsatz kommt. Pünktlich zur Ilmac hat Socorex eine neue Pipettierhilfe (nicht im Bild) auf den Markt gebracht.

Ein «verrückter Professor» aus Lego steht auf einem schwarzen HPLC-Gerät. Hinter ihm befinden sich Flaschen, Verschlüsse und Schläuche von Scat Europe.

Thomas Schindler, Gründer und Eigentümer von Microtom GmbH mit Alexander Gisin (rechts), Product Owner.

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Ein Prototyp eines Reaktors am Stand von Gemü Vertriebs AG.

Diese nachhaltigen Laborflaschen mit über 30 Prozent Recyclinganteil aus erneuerbaren Rohstoffen gibt es in verschiedenen Verschlussoptionen. Diese Flaschenserie kam im Juni dieses Jahres auf den Markt. Die Herstellerin Semadeni AG hat zwei Jahre daran getüftelt, bis die erwünschte Qualität erreicht werden konnte. Gerade die Spritzflasche ist ein Klassiker in jedem Labor.

Die Vega Messtechnik AG setzt bei ihren Sensoren auf visuelle Kommunikation. Ein Leuchtring signalisiert mit einer bestimmten Farbe einen Zustand. Die Farben können analog zu einer Stras s enampel drei Zustände kommunizieren: Läuft der Messvorgang, wie erwartet (z. B. grün)? Hat der Sensor gerade geschaltet (z. B. orange)? Oder liegt gar eine Störung vor ( z. B. rot)? Der Anwender kann nun aber diese drei Zustandsfarben aus einer Palette von 256 Farben frei wählen. Und zwar für jeden Sensor. Das Unternehmen aus dem Schwarzwald bietet dieses Tool für die Sensoren der Vegabar- und Vegapoint-Serie an. Alice Baumli, Geschäftsführerin der Infochroma AG, und Sarah Zimmer vom Marketing & IT.

Weitere Eindrücke zur Messe Ilmac 2021 finden Sie online auf www.chemiextra.com

Publikum vor dem Stand von der Shimadzu Schweiz GmbH.

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Die Forscher erhoffen sich sinnvolle Anwendungen für ihre neuen Stoffklassen. (Bild: Shutterstock)

Mögliche Anwendungen als Nano-Halbleitermaterialien

Nano-Bälle und andere Spielereien Zwei neue Stoffklassen im Bereich der Nanomaterialien haben Chemiker der Goethe-Universität Frankfurt entwickelt und zusammen mit ihren Kooperationspartnern an der Universität Bonn untersucht: Erstmals gelang die Herstellung eines Nano-Balls aus Siliziumatomen und eines Bausteins für einen diamantähnlichen Kristall der Halbleiter-Elemente Silizium und Germanium. Die beiden neuen Stoffklassen könnten zum Beispiel in der Miniaturisierung von Computerchips, bei hochauflösenden Bildschirmen etwa für Smartphones oder in Solarzellen und Leuchtdioden eingesetzt werden.

Nur wenige Nanometer gross sind die neuesten Generationen von Computer chips, die durch die fortschreitende Miniaturisierung immer energiesparender und leistungsfähiger werden. Da die klassischerweise verwandten Ätzverfahren bei der Chipherstellung zunehmend an ihre Grenzen stossen, ist die Entwicklung neu-

er, nanostrukturierter Halbleitermaterialien essenziell. Auch bei der Umwandlung von Strom in Licht und umgekehrt spielen solche Nano-Halbleiter eine zentrale Rolle.

Computergestützte Analyse Einem Team der Goethe-Universität Frankfurt unter der Leitung von Matthias Wagner

gelang die Synthese molekularer Nanobälle aus 20 Siliziumatomen, so genannter Silafullerane. Bei der zweiten neuen Stoffklasse handelt es sich um Kristall-Bausteine aus 10 Silizium- und Germaniumatomen, die eine Diamant-ähnliche Struktur haben. Entscheidende Einblicke in die elektronischen Strukturen der neuen Ver-

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Die Forschung an neuen Halbleitermaterialien boomt. (Bild: Shutterstock) Stammvater der neuen Stoffklasse Silafulleran. Er besteht aus 20 Siliziumatomen, die ein Chlorid-Ion umschliessen. Am äussersten Rand dieses «Nano-Balls» sitzen jeweils Wasserstoffatome. (Bild: Uni Frankfurt)

Silizium-Germanium-Adamantan. (Bild: Uni Frankfurt)

bindungen gewährten computergestützte theoretische Analysen aus der Bonner Forschungsgruppe von Stefan Grimme.

Der Ball aus der Nanowelt Die 20 Siliziumatome des Silafullerans bilden einen Körper, der aus regelmässigen Fünfecken zusammengesetzt ist, einen Dodekaeder. Er umschliesst ein ChloridIon. An jeder Siliziumecke des Körpers ragt ein Wasserstoffatom nach aussen. Doktorand Marcel Bamberg, der das Molekül synthetisiert hat, erklärt: «Unser Silafulleran ist der lange gesuchte Stammvater dieser neuen Stoffklasse. Denn die Wasserstoffatome kann man leicht durch funktionelle Gruppen ersetzen und dem Silafulleran dadurch verschiedene Eigenschaften verleihen.» Der Bonner Quantenchemiker Markus Bursch ergänzt: «Diese gezielte Erzeugung potentiell nützlicher Eigenschaften unterstützen wir durch the12/2021

oretische Vorhersagen der sich ergebenden Effekte.»

Neue Untersuchungs möglichkeiten eröffnet Das Silizium-Germanium-Adamantan repräsentiert den Baustein einer gemischten Silizium-Germanium-Legierung. Benedikt Köstler, der die Verbindungen im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelt, sagt: «Jüngste Studien haben gezeigt, dass Silizium-Germanium-Legierungen den reinen Silizium-Halbleitern in wichtigen Anwendungsbereichen überlegen sind. Die Herstellung solcher Legierungen ist allerdings sehr schwierig, und man erhält häufig Mischungen unterschiedlicher Zusammensetzung. Uns ist es gelungen, einen einfachen Syntheseweg für den Grundbaustein von Silizium-GermaniumLegierungen zu entwickeln. Unser Silizium-Germanium-Adamantan ermöglicht daher die Untersuchung wichtiger chemischer und physikalischer Eigenschaften von Silizium-Germanium-Legierungen am molekularen Modell. Ausserdem wollen wir sie künftig zur Herstellung von Silizium-Germanium-Legierungen mit fehlerfreien Kristallstrukturen nutzen.» Der den Elementen Silizium und Germanium chemisch sehr ähnliche Kohlenstoff kommt in vergleichbaren Formen vor wie die beiden neuen Stoffklassen: Hohlkugeln aus Kohlenstoffatomen (Fullerene) entsprechen den Silafulleranen, und aus Adamantan-Untereinheiten sind die aus Kohlenstoff bestehenden Diamanten zusammengesetzt. Fullerene erhöhen zum Beispiel den Wirkungsgrad organischer Solarzellen, könnten die Batterien von Elektroautos sicherer machen und verheis sen Fortschritte in der HochtemperaturSupraleitung. Nanodiamanten finden ebenfalls vielfältige Anwendungen, die von

der Pharmazie bis zur Katalyseforschung reichen. Vor diesem Hintergrund sind die Forscher in Frankfurt und Bonn gespannt, auf welchen Gebieten sich ihre Silafullerane und Silizium-Germanium-Adamantane durchsetzen werden. Matthias Wagner meint: «Mit nanostrukturiertem Silizium und Germanium in Form von Quantenpunkten lässt sich bereits heute Licht in allen Farben des sichtbaren Spektrums erzeugen, was für Computer- und Handydisplays und in der Telekommunikation erprobt wird. Abgesehen vom chemisch-technischen Potenzial fasziniert mich persönlich die hohe Symmetrie unserer Verbindungen: So ist unser Silafulleran einer der fünf platonischen Körper und einfach zeitlos schön.» www.uni-frankfurt.de

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Petrochemische Lager im Hafen: Fossile Quellen sollen mehr und mehr durch CO 2 -neutrale ersetzt werden. (Bild: Shutterstock)

Potenziale richtig erkennen

CO2 kann zur wertvollen Ressource werden In einer neuen Studie zeigen Forschende des Paul-Scherrer-Instituts (PSI), dass die sogenannte CO2 -Elektrolyse profitabel sein und einen Beitrag zum Klimaschutz leisten könnte. Bei diesem Verfahren wird Kohlendioxid aus der Atmosphäre oder am Ort seiner Entstehung, beispielsweise bei industrieller Produktion, aufgefangen. Die anschliessende Umwandlung per Elektrolysezelle macht dieses dann für die chemische Industrie nutzbar. Die Studie hat den Einsatz verschiedener Zelldesigns in industriellem Massstab simuliert.

Jan Berndorff, PSI Eine der grössten Herausforderungen unserer Zeit ist es, die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) und anderen Treibhausgasen in der Atmosphäre zu verringern. Nur so können wir den Klimawandel aufhalten. Dazu ist es nicht nur notwendig, die Emissionen von Industrie, Verkehr und Haushalten rapide zu senken. Um die beschlossenen Klimaziele rechtzeitig zu erreichen – das zeigen viele Analysen –, müssen wir ausserdem der Atmosphäre aktiv CO2 entziehen oder dieses bereits an den Quellen abfangen, um es unschädlich zu machen. Eine wichtige Frage lautet: Was geschieht dann mit diesem Treibhausgas? Eine Möglichkeit besteht darin, es quasi wegzuschliessen. Das wird in sogenannten «Carbon Capture and Storage»-(CSS)-Projekten bereits durchgeführt und das CO2 in unterirdische Speicher wie etwa entleerte Erdgas- oder Salzlagerstätten gepumpt. Die andere Option ist, CO2 als Rohstoff zu nutzen – «Carbon Capture and Utilization» 14

(CCU) genannt. Es kann entweder direkt als Lösch-, Kälte- und Düngemittel dienen. Lohnender jedoch ist die Verwendung als Ausgangsstoff für andere Produkte. Frühere Studien unter anderem des PSI haben gezeigt, dass die Produkte Kohlenmonoxid (CO) und Ameisensäure (HCOOH) besonders aussichtsreich sind, weil sie sich recht leicht aus Kohlendioxid herstellen lassen: zusammen mit Wasser per Elektrolyse. Ameisensäure dient etwa als Antirheumatikum in der Medizin oder als Beiz- und Imprägniermittel in der Textil- und Lederindustrie. Kohlenmonoxid wird zum Beispiel als Reduktionsmittel bei der Verhüttung von Erzen benötigt – vor allem aber können daraus zusammen mit Wasserstoff synthetische Kraftstoffe hergestellt werden. Und diese gelten als sehr zukunftsträchtig, da sie Diesel, Benzin und Kerosin aus fossilen Quellen ersetzen können und CO2 -neutral sind.

Vom ETH-Rat gefördert Das PSI forscht sehr viel in diesem Bereich: Gemeinsam mit der Empa, dem

Kohlenstoffdioxid könnte nicht nur aus der Luft gesammelt werden, sondern auch in einem weiteren Schritt sinnvoll verwendet werden. (Bild: Shutterstock)

Material- und Technologieforschungsinstitut des ETH-Bereichs, hat das Institut zu Beginn dieses Jahres die Initiative SynFuels gestartet, die vom ETH-Rat gefördert wird. Ausserdem war das PSI federfüh12/2021

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rend beim Kompetenzzentrum des Bundes für Forschung zu Strom- und Wärmespeicherung (Heat and Electricity Storage = SCCER). Beide Initiativen haben die Forschung der aktuellen Studie ermöglicht.

Die Frage der Wirtschaftlichkeit Im Rahmen der Studie untersuchten die Forschenden des PSI gemeinsam mit internationalen Kollegen nun, ob die Elek trolyse von CO2 zu CO oder HCOOH wirtschaftlich profitabel betrieben werden kann und ob sie mehr CO2 verbraucht, als sie selbst durch ihren Energiebedarf erzeugt. Mit anderen Worten: Kann das Verfahren Geld einbringen und gleichzeitig als CO2 -Senke das Klima schützen?

Simulation sechs verschiedener Elektrolyse-Fabriken Zunächst haben die Forschenden um Erstautor Bernhard Pribyl-Kranewitter – während der Studie Doktorand am Labor für Elektrochemie des PSI – die wissenschaftliche Literatur nach Daten für die effizientesten Niedrigtemperatur-Elektrolyseur-Systeme durchforstet, die CO und HCOOH produzieren. «Wir haben die vier besten Designs für Kohlenmonoxidproduktion – inklusive einer patentierten Eigenentwicklung des PSI – sowie die zwei besten Designs für Ameisensäureproduktion ausgewählt», erklärt Pribyl-Kranewitter. Anschliessend haben die Forschenden für die jeweiligen Zellarchitekturen elektrochemische Grossanlagen zur Produktion der beiden Chemikalien virtuell konstruiert und modelliert. «Wir haben teils sehr komplexe Simulationssoftware genutzt, um die Leistung der Zellen im industriellen Massstab möglichst realitätsnah darstellen zu können.» Bei ihren Simulationen haben die Forschenden zwei Szenarien durchgespielt: Das erste beruhte auf der aktuellen Technik und ging von 75 Tonnen CO- beziehungsweise HCOOH-Produktion pro Tag aus. Das zweite, optimistische Szenario postuliert, dass die Technik sich in den kommenden Jahren verbessert und Fortschritte bei einigen wichtigen Parametern sowie der möglichen Gesamtproduktion erreicht werden. Es simulierte 100 Tonnen pro Tag. Beide Szenarien setzten für die Anlagen jeweils eine Lebensdauer von 25 Jahren an. 12/2021

Bernhard Pribyl-Kranewitter, Erstautor (links) und Thomas Justus Schmidt, Leiter des Forschungsbereichs Energie und Umwelt am PSI. (Bilder: Bernhard Pribyl-Kranewitter und Scanderberg Sauer Photography)

Das Ergebnis der Simulationen: Ameisensäure kann in beiden Szenarien in sogenannten mikrofluiden Zellen profitabel hergestellt werden. Allerdings verursacht ihre Produktion mehr CO2, als sie verbraucht. Das liegt vornehmlich am vergleichsweise hohen Energieverbrauch: Ameisensäure fällt als Flüssigkeit in Lösung mit Wasser an und muss mit einem energieintensiven Verfahren abgeschieden werden, um sie verwenden zu können. Gleichzeitig wird für die Produktion weniger CO2 benötigt als für die gleiche Menge an Kohlenmonoxid. Der aktuelle EU-Strommix, der noch zu mehr als der Hälfte auf fossilen Energieträgern beruht, verursacht 235 Gramm CO2 pro Kilowattstunde. Als CO2 -Senke dienen könnte die Ameisensäure-Produktion erst bei einem Wert unter 137 Gramm pro Kilowattstunde. Sprich: Der Anteil erneuerbarer Energien muss noch erheblich steigen, bevor die Elektrolyse von CO2 zu Ameisensäure einen positiven Klimaeffekt hat.

Kohlenmonoxid hat schon jetzt das Potenzial zur CO2-Senke Bei der Herstellung von Kohlenmonoxid in den dafür üblichen alkalinen Zellsystemen reicht bereits ein Wert unter 346 Gramm pro Kilowattstunde, weil das Produkt als Gas anfällt und sich leicht separieren lässt. «Die Kohlenmonoxid-Produktion hat also schon jetzt das Potenzial zur CO2-Senke», sagt Projektleiter Thomas Justus Schmidt, Leiter des Forschungsbereichs Energie und Umwelt am PSI. «Und dieses wird noch grösser, je mehr der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix steigt.» Allerdings konnte Kohlenmonoxid im Basisszenario mit keiner Zellarchitektur profitabel herge-

stellt werden, wobei die am PSI entwickelte Elektrolyse-Zelle hier das höchste Potenzial erzielte. Im optimistischen Szenario hingegen konnten alle vier Architekturen ein positives Ergebnis erzielen, und die des PSI sogar ein besseres als eine der Zellen zur Produktion von Ameisensäure. «Auch wenn diese Resultate bereits positiv sind, so ist das wirtschaftliche Potenzial unserer Zellarchitektur noch nicht ausgeschöpft», sagt Pribyl-Kranewitter. Zudem hoffen die Forschenden, dass die Kosten für Katalysatoren und Membranen sinken. «Das Studienergebnis ist sehr vielversprechend», betont Schmidt. Die Kohlenmonoxid-Produktion zeigte im Schnitt eine Verbesserung um 22 Prozent im optimistischen Szenario im Vergleich zur Herstellung von Ameisensäure. Das heisst: Wenn die Technik sich noch weiterentwickelt und die Preise sich erwartungsgemäss vergünstigen, hat Kohlenmonoxid unterm Strich das grösste Potenzial für eine ökonomische und ökologische Verwendung von Kohlendioxid. «Seine Herstellung kann einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten, da es sich um eine sogenannte negative Emissions-Technologie handelt», sagt Schmidt. Zumal hier der Markt viel grösser ist als bei Ameisensäure. Die weltweite CO-Produktion lag 2015 bei 210 Gigatonnen, die von HCOOH im Jahr 2019 nur bei 0,76 Megatonnen, also lediglich einem Bruchteil. «Wir sollten uns daher auf die Weiterentwicklung der CO2 -Elektrolyse zur Kohlenmonoxidproduktion konzentrieren», empfiehlt Schmidt. «Und Ameisensäure als Alternative verfolgen.» www.psi.ch 15

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In einer der beiden Studien zeigte sich, dass die Zugabe von K. oxytoca die Anfälligkeit gegen einen bestimmten Krankenhauskeim deutlich verringern kann. (Bild: Shutterstock)

Auf der Suche nach Mitteln gegen multiresistente Keime

Diese Bakterienstämme schützen vor Infektionen Hunderte verschiedener Bakterien tummeln sich im Darm eines gesunden Menschen und schützen effizient vor Infektionen. Wird jedoch das Gleichgewicht dieser Gemeinschaft gestört – beispielsweise durch eine Antibiotikatherapie – , können Krankheitserreger die Oberhand gewinnen – mit zum Teil schweren Folgen für die Betroffenen. Bestimmte Bakterienstämme spielen bei diesem Schutz eine besondere Rolle, wie Forschende nun zeigen konnten.

Wie wichtig ein gesundes Mikrobiom ist, haben die meisten bereits am eigenen Leib erfahren, wenn sie ein BreitbandAntibiotikum einnehmen mussten. Das Medikament zerstört nicht nur die Krankheitserreger, sondern gleich auch noch die «guten» Bakterien im Darm, die sonst die wichtigsten Nischen einnehmen und Krankheitserreger den Zutritt verweigern helfen. Dieser Schutzmechanismus wird als Kolonisierungsresistenz bezeichnet. Doch welche Bakterienarten sind «gut» oder im Fachjargon «kommensal» und wie können sie vor Kolonisierung, also Besiedelung durch Krankheitserreger schützen? Prof. Dr. Till Strowig vom Deutschen Zen trum für Infektionsforschung (HZI), und 16

Prof. Dr. Bärbel Stecher von der Universität München (LMU München), haben sich dieser Fragen angenommen und genauer hingeschaut. Ein Papier hierzu veröffentlichten sie schliesslich im «Cell Host & Microbe».

Multiresistenter Keim hat einen starken Gegenspieler Der Darmbewohner Klebsiella pneumoniae ist einer der gefürchteten Krankenhauskeime, kann er doch bei geschwächten Patientinnen und Patienten schwere Pneumonien, Harnwegsinfekte oder sogar Sepsis auslösen. Er ist zunehmend resistent gegen gängige Antibiotika und kann weitere Infektionen begünstigen. Die Abteilung um

Till Strowig am HZI konnte mit Partnern in Magdeburg und Hannover Stämme eines verwandten Bakteriums aus dem Darm isolieren, die hochwirksam gegen K. pneumoniae sind. Diese als Klebsiella oxytoca identifizierte Art nutzt die gleichen Zucker wie der Krankheitserreger, allerdings so effizient, dass dem Krankheitserreger zu wenig zum Überleben bleibt. «K. oxytoca kann multiresistente K. pneumoniae-Bakterien gezielt verdrängen, da es die vom Krankenhauskeim zu besetzende Nische effektiv blockiert», erklärt Strowig. Die Wissenschaftler konnten ausserdem im Mausmodell zeigen, dass diese Bakterien dabei helfen, dass sich die Bakterienzusammensetzung im Darm nach einer Antibiotikatherapie 12/2021

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schneller regeneriert. Was schliesslich den natürlichen Schutz vor weiteren krankheitserregenden Keimen fördert. «Wir wollten zunächst herausfinden, wie anfällig gesunde Erwachsene und Kinder für eine Besiedelung mit multiresistenten K. pneumoniae-Bakterien sind», erklärt die Erstautorin Lisa Osbelt den Studienansatz. Dafür haben die Forschenden Stuhlproben von 100 gesunden Personen genommen und mit dem Keim über Nacht inkubiert. Am nächsten Tag wurde das Wachstum der Bakterien gemessen. Dabei zeigte sich in der Besiedelung eine grosse Variabilität je nach individueller Mikrobengemeinschaft im Darm. In einem weiteren Schritt untersuchte die Gruppe dann die Proben, in denen der Keim schlecht gewachsen war, und hier konnte immer wieder K. oxytoca identifiziert werden. In unterschiedlichen Mausmodellen testeten Forscherende anschliessend das Verhalten der beiden Bakterien und es zeigte sich, dass die Zugabe von K. oxytoca die Anfälligkeit gegen den Krankenhauskeim deutlich verringern kann. Wurden keimfreie Mäuse mit unterschiedlichen Gruppen von Bakterien besiedelt (insgesamt 12 Bakterienarten), zeigten drei weitere Arten ebenfalls eine schützende Wirkung.

Die «Guten» und die «Bösen» sind nicht immer dieselben Eines der bekanntesten Bakterien im menschlichen Darm ist Escherichia coli, kurz E. coli genannt. Häufig gerät es als «böses» Bakterium in die Schlagzeilen, da es als Anzeiger für fäkale Verunreinigungen des Trinkwassers gilt und bestimmte Varianten Infektionen auslösen können. Doch das Bakterium hat viele unterschiedliche Stämme und es gibt neben den pathogenen Varianten auch kommensale Vertreter. Über die Rolle dieser für die menschliche Gesundheit ist bisher allerdings wenig bekannt. Bärbel Stecher und

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Auf dem Weg zum schützenden Bakteriencocktail? Wenn Krankheitserreger in den Spitälern lauern Es gibt theoretisch viele Wege, wie sich multiresistente Keime im Körper einnisten. Im Spital kann dies beispielsweise via Katheter geschehen. Auf Medizinprodukten bilden sich oft Biofilme, die das Heranwachsen von solchen Keimen fördern. So sind vor allem Patienten, die sich im Spital mit invasiven medizinischen Massnahmen behandeln lassen müssen, besonders stark von diesem Risiko betroffen. Bereits geschwächte Personen werden also zusätzlich mit einer schwer behandelbaren Infektion konfrontiert.

ihr Team am Max-von-Pettenkofer-Institut der Universität München haben bereits vor einiger Zeit herausgefunden, dass kommensale E.coli gegen eine Salmonelleninfektion schützen. Auch hier ist es ihr Zuckerverbrauch, der die Salmonellen in die Schranken weist, indem er ihnen Nahrung entzieht. In ihrer Studie, ebenfalls im «Cell Host & Microbe» erschienen, konnten die Forschenden zeigen, dass diese Schutzwirkung von E. coli auch vom mikrobiellen Umfeld im Darm abhängt. Das heisst, es kommt darauf an, welche Mikroorganismen noch vorhanden sind, ob sich E. coli also in guter Gesellschaft befindet. «Wenn in unserem Modell Lachnospiraceaen vorhanden sind, die auch einfache Zucker verstoffwechseln können, kann E. coli schützen – sonst nicht», erklärt Stecher. Und fügt hinzu: «Insgesamt verstehen wir nun besser, warum möglicherweise auch Probiotika bei manchen Menschen gut helfen, bei anderen aber nicht. Grund hierfür ist das mikrobielle Umfeld, welches von Mensch zu Mensch stark variiert.»

Hunderte von Bakterien und anderen Mikroorganismen der Mikrobiota auf ihre Wirkungen zu untersuchen, ist schon bei Mäusen ein unglaublich komplexes Unterfangen. Mit ihrem in München entwickelten Mausmodell können die Biologen die Besiedelung und den Einfluss von Erregern gezielt untersuchen. Ein synthetischer Cocktail aus 12 Bakterienarten besiedelt keimfreie Mäuse stabil über mehrere Generationen und bildet eine für Mäuse repräsentative Darmflora. Sowohl die Studien zu Klebsiella als auch zu E. coli nutzen dieses Modell, um sich an die Wechselwirkungen in der Darmflora heranzutasten. Doch schon in der Maus wird deutlich, wie komplex die Zusammenhänge sind. «Der Einsatz von lebenden Bakterien, sog. Probiotika, für die Behandlung von Patienten mit einer vorliegenden Besiedelung und als präventive Gabe nach AntibiotikaTherapie ist generell denkbar», meint Till Strowig zuversichtlich. Und Bärbel Stecher fügt hinzu: «Bei dem Design solcher Bakteriencocktails spielt die Verwertung eines breiten Zuckerspektrums eine grosse Rolle und ein schützender Cocktail muss immer mehr als ein Bakterium enthalten.» www.dzif.de

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Das Immunsystem ist mehr als das blosse Inaktivieren von krankheitserregenden Erregern. (Bild: Shutterstock)

Vieles bleibt im Dunkeln

Wie Antikörper Darmbakterien in Schach halten Im Darm leben Billionen von Bakterien. Sie werden vom Immunsystem in einem permanenten Gleichgewicht gehalten und sind deshalb unschädlich für den Menschen. Forschende des Departementes für BioMedical Research (DBMR) der Universität Bern, des Inselspitals und des Deutschen Krebsforschungszentrums konnten zeigen, wie Antikörper im Darm diese Bakterien in Schach halten.

Die im Darm lebenden Bakterienstämme bestehen aus rund 500 bis 1000 verschiedenen Arten. Sie machen die sogenannte Darmflora aus, die eine zentrale Rolle für die Verdauung spielt und auch Infektionen verhindert. Im Gegensatz zu Krankheitserregern, die von aussen eindringen, sind sie unschädlich und werden vom Immunsystem toleriert.

Was wir wissen Wie es das menschliche Immunsystem schafft, im Darm dieses Gleichgewicht aufrecht zu erhalten, ist noch weitgehend unverstanden. Bekannt ist, dass Immunglobuline vom Typ A, sogenannte IgA-Antikörper, eine wichtige Rolle spielen. Diese natürlichen Abwehrstoffe sind Teil des Immunsystems und erkennen einen körperfremden Erreger spezifisch nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. 18

Hauptgebäude der Universität Bern. (Bild: Unibe)

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Neue Erkenntnisse aus Bern Eine Gruppe von Forschenden um Dr. Tim Rollenske und Prof. Andrew Macpherson vom Departement für BioMedical Research (DBMR) der Universität Bern konnte im Mausmodell zeigen, dass IgA-Antikörper die Fitness der gutartigen Bakterien auf mehreren Ebenen gezielt einschränken. Dies ermöglicht dem Immunsystem die Feinregulierung des mikrobiellen Gleichgewichts im Darm. «Wir konnten zeigen, dass das Immunsystem spezifisch diese Bakterien erkennt und sowohl im Wachstum als auch in der Aktivität einschränkt», sagt Dr. Tim Rollenske, Erstautor der Studie. Die Ergebnisse wurden im Journal «Nature» publiziert. Die IgA-Antikörper sind die häufigsten Antikörper des menschlichen Immunsystems und werden von spezialisierten Zellen in den Schleimhäuten ausgeschüttet. Sie machen zwei Drittel der menschlichen Immunglobuline aus. Erstaunlicherweise sind die meisten IgA-Antikörper, die der Körper produziert, gegen gutartige Bakterien der Darmflora gerichtet. Ohne diesen Immunschutz könnten auch diese Mikroorganismen eine gesundheitsschädigende Wirkung entfalten und Darmkrankheiten verursachen. Das Rätsel jedoch, wie die IgA-Antikörper das einvernehmliche Zusammenleben im Darm regulieren, blieb bisher ungelöst. Der Grund dafür: Die Untersuchung von IgA-Antikörpern in ihrer natürlichen Form im Tiermodell war bisher nur eingeschränkt möglich. Diese Hürde konnten die Forschenden um Tim Rollenske und Andrew Macpherson in ihrem Versuch nun überwinden. Es gelang ihnen, eine genü-

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gende Menge von IgA-Antikörpern herzustellen, die sich spezifisch gegen eine Art von Escherichia-Coli-Bakterien, einem typischen Darm-Bakterium, richteten. Die Antikörper erkannten und banden einen Baustein auf der Hülle der Mikroorganismen.

Antikörper drosseln die Aktivität In ihrem Versuch, an dem die Forschenden über drei Jahre arbeiteten, konnten sie den Effekt sowohl in vitro als auch in vivo im Darm von Mäusen nachverfolgen. Es zeigte sich, dass die Antikörper die Fitness der Bakterien auf verschiedene Weise kontrollierten. Zum Beispiel wurde die Beweglichkeit der Bakterien eingeschränkt. Oder sie behinderten die Aufnahme von Zuckerbausteinen für den Stoffwechsel der Bakterien. Der Effekt war davon abhängig, welcher Oberflächenbaustein spezifisch erkannt wurde. «Das Immunsystem hat so offenbar die Möglichkeit, die gutartigen Darmbakterien über verschiedene Wege gleichzeitig zu beeinflussen», erklärt Ko-Autorin Hedda Wardemann vom Deutschen Krebsforschungszentrum. Die Forschenden sprechen deshalb vom IgA-Pa rallelismus.

Was unbekannt bleibt Die Frage, wieso das Immunsystem mit den gutartigen Bakterien im Darm ein Gleichgewicht erzielt, pathogene Eindringlinge dagegen wirksam vernichten kann, ist nach wie vor nicht abschliessend geklärt. «Unser Versuch zeigt aber, dass IgAAntikörper das Gleichgewicht zwischen dem menschlichen Organismus und der

Dr. Tim Rollenske, Erstautor der Studie. (Bild: Universität Bern)

Darmflora fein austarieren können», sagt Ko-Autor Andrew Macpherson vom DBMR und Inselspital. Die Erkenntnisse erweitern nicht nur das grundlegende Verständnis des Immunsystems im Darm, sondern tragen auch zu zukünftigen Impfstoffentwicklungen bei. «Wenn wir verstehen, wie und wo genau die Antikörper die Mikroorganismen im Darm erkennen, können wir auch Vakzine gegen pathogene Organismen gezielter designen», ergänzt Rollenske. Die Studie wurde unterstützt durch den Europäischen Forschungsrat (ERC), den Schweizerischen Nationalfonds (SNF), die Krebsforschung Schweiz sowie von der European Molecular Biology Organization (Embo). www.unibe.ch

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Ob in Fahrzeugen oder Smartphones, in Forschungslaboren oder Industrieanlagen – Sensoren sind bereits allgegenwärtig. (Bild: Shutterstock)

Kombination von Graphen-Transistor mit metallorganischer Beschichtung

Ein neuartiger Sensor für Gasmoleküle Einen neuartigen Sensor für Gasmoleküle haben Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der Technischen Universität Darmstadt entwickelt. Dazu haben sie einen Graphen-Transistor mit einer massgeschneiderten metallorganischen Beschichtung kombiniert. Der Sensor erkennt Moleküle gezielt und genau und bereitet den Weg zu einer ganz neuen Klasse von Sensoren. Als prototypisches Beispiel demonstriert die Gruppe einen Ethanolsensor, der weder auf andere Alkohole noch auf Feuchtigkeit reagiert. Über ihre Ergebnisse berichten sie in «Advanced Materials».

Ob in Fahrzeugen oder Smartphones, in Forschungslaboren oder Industrieanlagen – Sensoren sind bereits allgegenwärtig. Sie erfassen bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften, wie beispielsweise Druck, Dehnung oder Gasmoleküle, und leiten die Daten zur Verarbeitung weiter. Daher ist die Weiterentwicklung von Sensoren entscheidend für den technologischen Fortschritt. Sensoren kennzeichnen sich durch ihre Selektivität, das heisst die Fähigkeit, eine bestimmte Eigenschaft auch in Gegenwart anderer, potenziell störender Eigenschaften nachzuweisen, sowie ihre Sensitivität, das heisst die Fähigkeit, auch niedrige Werte zu detektieren.

Eine neue Klasse Forschenden des KIT und der Technischen Universität Darmstadt ist es nun gelungen, einen neuartigen Sensor für Moleküle in 20

Die Sensoreinheit, bestehend aus einem Graphen-Feldeffekttransistor, auf den ein oberflächengebundenes metallorganisches Gerüst aufgewachsen ist. (Bild: Sandeep Kumar, KIT)

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der Gasphase zu entwickeln. Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Fachzeitschrift «Advanced Materials» berichten, basiert das Funktionsprinzip dieser neuen Klasse von Sensoren auf der Kombination von sensitiven Graphen-Transistoren mit massgeschneiderten metallorganischen Beschichtungen. Diese Kombination ermöglicht eine selektive Detektion von Molekülen. Als prototypisches Beispiel demonstrieren die Autoren einen spezifischen Ethanolsensor, der im Unterschied zu aktuell verfügbaren kommerziellen Sensoren weder auf andere Alkohole noch auf Feuchtigkeit reagiert. Bei Graphen handelt es sich um eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur. Graphen ist von Natur aus höchst sensitiv gegenüber Fremdmolekülen, die sich auf der Oberfläche anlagern. «Allerdings weist Graphen als solches keine molekülspezifische Wechselwirkung auf, wie sie für eine Anwendung als Sensor erforderlich ist», erklärt Ralph Krupke, Professor am Institut für Nanotechnologie (INT) des KIT und am Institut für Materialwissenschaft der TU Darmstadt, der zusammen mit Professor Wolfgang Wenzel vom INT des KIT und Professor Christof Wöll, Leiter des Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT, bei der Studie federführend war. Erstautor ist Sandeep Kumar, der im Labor von Ralph Krupke am KIT forscht und im Fachgebiet Molekulare Nanostrukturen am Institut für Materialwissenschaft der TU Darmstadt promoviert. «Um die geforderte Selektivität zu erreichen, haben wir ein metallorganisches Gerüst auf der Oberfläche aufwachsen lassen», erläutert Krupke.

metallorganisches Gerüst («surface-mounted metal-organic framework» – Surmof) direkt auf einen Graphen-Feldeffekttransistor (GFET) aufwachsen liessen. Ein solches Bauelement profitiert sowohl von der hohen Sensitivität und dem einfachen Auslesen eines GFETs als auch von der hohen Selektivität eines Surmofs. «Die Kombination der einzigartigen elek tronischen Eigenschaften von Graphen mit der immensen chemischen Variabilität der MOFs eröffnet ein riesiges Potenzial», sagt Christof Wöll. Da sich Surmofs in vielen

Varianten anfertigen lassen und sich die Schnittstelle zwischen GFET und Surmofs chemisch verschieden gestalten lässt, bereitet die Arbeit der Forschenden aus Karlsruhe und Darmstadt den Weg für eine ganz neue Klasse von Sensoren mit passgenau eingestellter Selektivität und Sensitivität. «Hier kann die Simulation helfen», erklärt Wolfgang Wenzel, «da wir am Rechner viele MOFs aufbauen können, ohne sie synthetisieren zu müssen.» www.kit.edu

Sensoren lassen sich passgenau einstellen Metallorganische Gerüste («metal-organic frameworks» – MOFs) sind aus metallischen Knotenpunkten und organischen Molekülen als Verbindungsstreben aufgebaut. Durch verschiedene Kombinationen lassen sich diese hochporösen kristallinen Materialien für verschiedene Anwendungen massschneidern, um beispielsweise bei Sensoren eine selektive Absorptionsfähigkeit für bestimmte Moleküle zu erreichen. Die Forschenden aus Karlsruhe und Darmstadt demonstrierten eine selektive Sensorplattform, indem sie ein oberflächengebundenes 12/2021

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Verfahren ermöglicht Multiplex-Assey

Mikropartikel erkennt hormonell aktive Stoffe Forschende der Universitäten Dresden und Leipzig haben ein neues Verfahren zum Nachweis von hormonell aktiven Stoffen in Lebensmitteln, Kosmetika und Gewässern in der Zeitschrift «Biosensors & Bioelectronics» vorgestellt. Hormonell aktive Substanzen können zu schweren Gesundheitsschädigungen, darunter Brust- und Prostatakrebs, Schilddrüsen-, sowie neurologischen und psychischen Erkrankungen führen. Ein schnelles und einfaches Analyseverfahren zur Risikobewertung von Produkten und Lebensmitteln ist daher ein wichtiges Instrument für Gesundheit und Verbraucherschutz.

Sie sind nahezu überall – in Lebensmitteln, Waschpulvern, Spülmitteln, Kosmetikprodukten, in Medikamenten sowie in Trink- und Abwasser: hormonell aktive Verbindungen wie synthetische ÖstrogenDerivate, die Hauptbestandteil hormoneller Kontrazeptiva sind, oder die «Massenchemikalie» Bisphenol A (BPA), welche unter anderem in Getränkeflaschen oder Konservendosen verwendet wird. Dabei ist ihre schädliche Wirkung auf Mensch und Umwelt längst nachgewiesen.

Neues Verfahren zum Patent angemeldet Ein einfacher Nachweis der hormonell aktiven Substanzen für eine wirksame Überwachung und zuverlässige Risikobewertung von Produkten und Gewässern stellt jedoch aufgrund der strukturellen Vielfalt der Stoffe eine Herausforderung dar. Bisherige Analysemethoden beruhen meist auf aufwendigen, labordiagnostischen Verfahren oder erreichen nicht die erforderli-

chen Nachweisgrenzen. Das neue Verfahren von Forschenden der Universitäten Dresden und Leipzig könnte dem nun Abhilfe schaffen und wurde deswegen auch zum Patent angemeldet. «Unser Verfahren weist hormonell aktive Verbindungen mittels immobilisierter Sulfotransferasen und Mikropartikeln nach und beinhaltet einen Kit für den Nachweis der Verbindungen in Lebensmitteln, Kosmetika, Gewässerproben und vielem mehr. Dazu haben wir das Enzym des Östrogen-Stoffwechsels in einen Biosensor implementiert, der als ‹Einfangsonde› für östrogenartige Verbindungen dient. In Abhängigkeit der Konzentration an östrogenartigen Verbindungen in der Nachweislösung wird die Anbindung von Mikropartikeln an einen Biochip verhindert und so auch geringe Konzentrationen hormonell aktiver Stoffe schnell und einfach nachgewiesen», erklärt Prof. Tilo Pompe von der Universität Leipzig den komplexen Sachverhalt.

Schema des neuen Nachweisprinzips. Ein Hydrogelmikropartikel (blaue Kugel) bindet an das gerichtet immobilisierte Enzym (rot) auf einer Chip-Oberfläche. In Abhängigkeit der Anwesenheit von östrogenartigen Verbindungen (graue Kugeln) in der Nachweislösung kommt es zur Blockierung dieser Bindungen und einer geringeren Deformation der Hydrogelmikropartikel, welche mit optischen Verfahren ausgelesen werden kann. (Bild: Rettke et al.)

Ohne Tierversuche? «Besonders möchte ich auf die Modularität der Implementierung eines Östrogen-metabolisierenden Enzyms hinweisen, da der Ansatz nicht nur auf dieses Enzym beschränkt ist, sondern auch die Verwendung anderer hormonmetabolisierender oder hormonbindender Proteine in einem Multiplex-Assay ermöglicht. Dies könnte neue Wege eröffnen, um die gesamte Komplexität der Bewertung der hormonell wirkenden Substanzen ohne Tierversuche abzudecken», fügt Dr. Kai Ostermann von der TU Dresden hinzu. Mit dem neuen Verfahren lassen sich hormonell aktive Stoffe in Nahrungsmitteln, Kosmetika und Gewässerproben ermitteln. (Bild: Envato)

www.tu-dresden.de 12/2021

M edizin

Diese 3-D-Grafik zeigt die Grossforschungsanlage Sinq, die zur Herstellung von Radionukliden für medizinische Zwecke dient. (Grafik: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic)

Ein ein multidisziplinärer Ansatz

Erobern neuartige Radionuklide die Medizin? Nukleartherapie und molekulare Bildgebung werden in Spitälern in grossem Umfang für neue medizinische Verfahren eingesetzt. Sie können die Behandlungsergebnisse bei vielen Erkrankungen drastisch verbessern und ermöglichen insbesondere die Behandlung von streuenden Tumoren. Die eingeschränkte Verfügbarkeit von Radionukliden, die nicht kommerziell erhältlich sind, machte auch deren effektive Weiterentwicklung schwierig. Dies soll sich nun ändern.

In der Nuklearmedizin wird dem Patienten eine radioaktive Substanz verabreicht, die dann zu bestimmten biologischen Zielpunkten im Körper gelangt. Je nach den radioaktiven Eigenschaften des Radio nuklids kann die Substanz Strahlung aussenden, die mit externen Detektoren nachgewiesen werden kann, um die Verteilung des betreffenden Nuklids sichtbar zu machen. Es gibt hierzu unterschiedliche Möglichkeiten: Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie – Spect – oder Positronen-Emissions-Tomographie, kurz: PET. Alternativ kann die Substanz geladene Teilchen wie α- oder β-Teilchen aussenden, die ihre Energie lokal abgeben und dadurch nur Zellen in der Nähe zerstören, zum Beispiel zur Behandlung eines Krebses mit gezielter Radionuklidtherapie (TRNT).

Mangelware? Von den mehr als 3000 verschiedenen Radionukliden, die Forschende im Labor synthetisiert haben, wird nur eine Hand12/2021

voll regelmässig für medizinische Verfahren verwendet, hauptsächlich für die Bildgebung, obwohl das Interesse an TRNT in den letzten Jahren zugenommen hat. Eine der Hauptschwierigkeiten bei der Entwicklung neuartiger radio-medizinischer Produkte ist der Zugang zu Radionukliden während der Entwicklungs- und der frühen biomedizinischen Forschungsphasen. Im Rahmen vom europäischen Programm für medizinische Radionuklide Prisamp kann diese Entwicklungsphase durch den Zugang zu neuartigen Radionukliden von hoher Reinheit für die medizinische Forschung erleichtert werden.

Erzeugung von Radionukliden Die radioaktiven Elemente, die in der Nuklearmedizin verwendet werden, sind in der Natur nicht vorhanden und müssen im Labor synthetisiert werden. Es gibt zwei Hauptwege: die Neutronenbestrahlung in einem Kernforschungsreaktor oder die Protonen-, Deuteronen- oder Alphabestrahlung mit einem Teilchenbeschleuni-

ger. Die Grösse und die Energie des Teilchenbeschleunigers bestimmen, welches Radionuklid hergestellt werden kann: Kleine, kompakte Geräte stehen in vielen Spitälern zur Verfügung und ermöglichen den Zugang zu den heute verwendeten Radionukliden. Für die Erzeugung neuartiger Radionuklide, die derzeit nicht verfügbar sind, werden jedoch Geräte mit höherer Energie benötigt.

Aufreinigung von Radionukliden Bei der Herstellung dieser neuartigen Radionuklide treten neue Herausforderungen auf: die gleichzeitige Produktion unerwünschter Radioaktivität, die die Qualität des Arzneimittels beeinträchtigt, nachteilige Auswirkungen auf den Patienten haben könnte und die Abfallentsorgung in Spitälern erschweren kann. Daher sind neuartige Reinigungstechniken erforderlich. Im Rahmen von Prisamp werden Verfahren entwickelt, die auf physikalischer Massentrennung und Radiochemie basieren, um 23

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eine hochreine Radionuklidproduktion zu erreichen, die für Arzneimittel geeignet ist.

Zugang und translationale Forschung Um die laufende Forschung in ganz Europa und darüber hinaus zu unterstützen, wird Prisamp sofortigen Zugang zu neuen Radionukliden bieten. Über die Website wurde eine zentrale Zugangsplattform eingerichtet, auf der die Produktions- und Unterstützungsmöglichkeiten vorgestellt werden. Ein Netz von weltweit führenden europäischen Einrichtungen, darunter Kernreaktoren, Mittel- und Hochenergiebeschleuniger sowie radiochemische Labors, wurde gebildet, um einen möglichst breiten Katalog von Radionukliden für die medizinische Forschung anzubieten. In der Cern-Medicis-Anlage steht eine Massentrennung zur Verfügung, die die physikalische Trennung von Isotopen eines Elements ermöglicht. Ergänzt wird dies durch ein Netz biomedizinischer Forschungseinrichtungen, die externe Forscher aufnehmen können, um ihre Forschung in der Nähe der Produktionsanlage durchzuführen, wenn die Radionuklide nicht für einen langen Transport zu ihrer Einrichtung geeignet sind oder wenn die europäische Zulassung für neuartige Radionuklide noch nicht erteilt wurde. Der Zugang zu den Radionukliden und gegebenenfalls zu den ergänzenden biomedizinischen Einrichtungen kann über die Prisamp-Online-Plattform beantragt werden. Ein Auswahlgremium, das sich aus Fachpersonen auf den Gebieten der Radionuklidproduktion, der molekularen Bildgebung und der Radionuklidtherapie zusammensetzt, wird die besten Projekte unter den Bewerbern auswählen.

Ein Blick in die Zukunft Auf dem sich schnell entwickelnden Gebiet der Nuklearmedizin ist Prisamp auch auf die Zukunft ausgerichtet. Die Europäi-

Links ist der «Injektor 2» und rechts die pallationsneutronenquelle Schweiz Sinq des PaulScherrer-Instituts abgebildet. (Foto: PSI)

sche Kommission hat sich verpflichtet, die gesellschaftlichen Auswirkungen von Krebs durch den Plan «Europe’s Beating Cancer» und insbesondere durch den Anfang des Jahres vorgestellten Samira-Aktionsplan zu bekämpfen. Durch das Prisamp-Konsortium aus 23 akademischen und forschenden Einrichtungen in ganz Europa wird die Entwicklung hin zur Hochskalierung der Produktion dieser neuartigen Radionuklide in Form von neuartigen Produktionstechnologien, neuen Reinigungsmethoden und Proof-of-ConceptUntersuchungen erkundet. Sie sollen die Entwicklung neuer Behandlungen vom Prüfstand bis zur Patientenversorgung aufzeigen und direkt in diesen europaweiten Plan einfliessen. Prisamp ist ein Konsortium, das eine Gemeinschaft von Forschenden in der Anfangsphase betreut. Durch die Zusammenarbeit zwischen Forschungsspitälern und Metrologie-Instituten werden neue Daten generiert und zusammengestellt, die eine sofortige und reibungslose Einführung der neuartigen Radionuklide in der Medizin ermöglichen. Alle neuen Erkenntnisse werden für die Erstellung von neuem Lehrmaterial für Fachleute in den verschiedenen Bereichen dieses multidisziplinären Gebiets sowie für die Ausbildung der nächsten Generation von Fachleuten und die

Beratung der Europäischen Kommission zu diesen neuartigen Radionukliden verwendet. Das Paul-Scherrer-Institut (PSI) ist einer der Hauptpartner des Prisamp-Konsortiums. Die Forschenden nutzen seine Grossforschungsanlagen Spallationsneutronenquelle Schweiz Sinq und Injektor 2 sowie die Bestrahlungsstation IP2, um Radionuklide für medizinische Zwecke herzustellen. Die Radionuklide sind an einen Molekülkomplex gekoppelt, docken selektiv an Tumorzellen im Körper an und können diese mit ihrer Teilchenstrahlung zerstören. Das Zentrum für Radiopharmazeutische Wissenschaften am PSI ist eine der wenigen Forschungsorganisationen in der Schweiz, die in der Lage ist, Radiopharmazeutika nicht nur für Forschungszwecke, sondern auch für klinische Versuche zu entwickeln. Die nuklearmedizinische Forschung ist ein multidisziplinärer Ansatz, und um Fortschritte zu erzielen, müssen Brücken zwischen Physikern, Ingenieuren, Radiochemikern, anorganischen Chemikern, Strukturbiologen, Klinikern, Medizinphysikern, Dosimetrikern, Pharmakologen und Onkologen geschlagen werden.

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NEWS

Roche will Unabhängigkeit und kauft Aktienanteile von Novartis auf Roche und Novartis haben angekündigt, dass sie sich auf einen Rückkauf von 53,3 Millionen von Novartis gehaltenen Roche-Aktien geeinigt haben. Das Transaktionsvolumen beläuft sich auf ungefähr 19 Milliarden. Der Preis pro Aktie beträgt 356 9341 Franken. Er entspricht damit dem mit dem Handelsvolumen gewichteten Durchschnittskurs des Roche Genussscheins der letzten 20 Handelstage bis und mit dem 2. November 2021. Der geplante Rückkauf der Aktien wurde vom Verwaltungsrat von Roche genehmigt und wird von Roche mit Fremdmitteln finanziert. Als Ergebnis der Transaktion findet eine Gewinnverdichtung für alle Aktionäre und Genussschein-Inhaber von Roche statt. Durch die Transaktion erfolgt kein Kontrollwechsel, da der Aktionärspool der Gründerfamilien von den in der Generalversammlung vertretenen Stimmen schon bisher die Mehrheit hielt. Der Anteil der

Das Unternehmen kauft Roche-Anteile von Novartis auf. (Bild: Roche)

Stimmrechte des FamilienPools wird sich durch diese Transaktion ohne dessen Zutun und ohne Beteiligung des Familien-Pools an der Transaktion auf ungefähr 67,5 Prozent erhöhen. Die Vertreter des Familien-Pools haben an den Beratungen und der Abstimmung im Verwaltungsrat zu dieser Transaktion nicht teilgenommen. Auf Grundlage eines Gesuchs des Familien-Pools hat die Schweizerische Übernahmekommission den Pool gestützt auf die anwendbaren

gesetzlichen Bestimmungen von der Angebotspflicht entbunden. Der prozentuale Anteil der sich im Publikum befindenden Aktien (sogenannter Free Float) steigt mit der wegfallenden Beteiligung von Novartis an Roche von derzeit 16,6 % auf 24,9 %. Dies ermöglicht die Aufnahme der Aktien in den Swiss Performance Index (SPI) sowie allenfalls weitere Indizes. Die ausserordentliche Generalversammlung zur Genehmigung der Kapitalherabsetzung durch

Vernichtung der von Novartis zurückgekauften Aktien und zur Genehmigung des für die Zwecke dieser Transaktion erstellten Zwischenabschlusses findet am 26. November 2021 statt. Die offizielle Einladung erfolgt statutengemäss durch zweimalige Publikation im Schweizerischen Handelsamtsblatt erstmals am Freitag, 5. November 2021. Ausserdem wird das Einladungsinserat in der Tages- und Finanzpresse ab Montag, 8. November 2021 erscheinen. Roche bestätigt den Ausblick für das Gesamtjahr und erwartet ein Verkaufswachstum im mittleren einstelligen Bereich zu konstanten Wechselkursen. Für den Kerngewinn je Titel wird ein Wachstum zu konstanten Wechselkursen angestrebt, das weitgehend dem Verkaufswachstum entspricht. Roche ist zudem weiterhin bestrebt, die Dividende auch für 2021 in Schweizer Franken zu erhöhen.

www.roche.ch

Bachem startet seinen grössten Produktionsbau Der Spezialist für die Herstellung von Peptiden und Oligonukleotiden erweitert seinen Standort in Bubendorf. Es soll ein neues Gebäude errichtet werden und bis zu 150 Arbeitsplätze geschaffen werden. Das neue Gebäude soll spätestens 2024 die Produktionskapazitäten von Bachem erweitern. Es dient der Herstellung sowohl von Peptiden, als auch von Oligonukleotiden – komplexe Moleküle, die bei Medikamenten gegen diverse Krankheiten zum Einsatz kommen. Das Gebäude ergänzt den 12/2021

Standort um eine weitere Anlage zur Produktion nach GMPRichtlinien für die Herstellung streng regulierter aktiver pharmazeutischer Substanzen. Es wird in einer ersten Phase bis zu 150 neue Arbeitsplätze für weitgehend hochqualifizierte Fachpersonen bieten. Aufgrund des global wachsenden Bedarfs nach Peptiden und Oligonukleotiden baut Bachem seine Produktion laufend aus. An den Standorten Bubendorf und Vionnaz wurden in den vergangenen fünf Jahren über 150 Millionen Fran-

Bachem hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von Peptiden und Oligonukleotiden spezialisiert. (Bild: Bachem)

ken investiert und über 400 neue Arbeitsplätze geschaffen. Die Suche für einen dritten Standort in der Schweiz ist derzeit im Gange, da mittelfristig

auf dem Areal Bubendorf die Landreserven aufgebraucht sein werden. www.bachem.com 25

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Die Messwerte stammen von einem Körperschalltransmitter, der am Pumpenkörper befindet, einem Drucktransmitter, der an einer Druckmessbohrung angeschlossen wird, sowie einem Drehgeber, der entweder direkt über die Kurbelwelle oder den Motor adaptiert wird. Hier zu sehen ist der Drucktransmitter. (Bild: Lewa GmbH)

Intelligente Pumpensysteme

Wie eine digitale Fabrik Pumpen überwacht Das neue Überwachungssystem von Lewa lässt Betreiber ruhiger schlafen und macht Pumpen Smart-Factoryready: Neben der Erkennung von Störungen und Prozessabweichungen liefert Smart Monitoring auch wichtige Kennzahlen zur wirtschaftlichen Bewertung der Anlage. Das Unternehmen unterstützt zusätzlich mit Betriebsanalysen der Laufzeitdaten. Dabei liegt die Datenhoheit immer beim Betreiber.

Der dauerhafte Betrieb von Pumpensystemen in kritischen Anwendungen geht einher mit hohen Aufwänden für Überwachung und Wartung. Auch die Erfassung von Betriebskenngrössen der Anlage wie Volumenstrom, Temperatur oder Druck setzt oft eine teure und wartungsintensive zusätzliche Instrumentierung voraus. Aus diesem Grund hat die Lewa GmbH als Spezialistin für Pumpensysteme das Smart Monitoring für die hauseigenen Modelle «ecoflow» und «triplex» entwickelt: Eine Kombination aus in der Pumpe integrierten Sensoren und softwarebasierter Auswertung liefert dem Anwender umfassende Informationen zur Leistung und zum Zustand der Pumpen. Störungen und Verschleissentwicklung werden erkannt, bevor sie zu unplanmässiger Abschaltung führen. Auf diese Weise lässt sich die Standzeit der Pumpen erhöhen und die Wartung planbarer machen. Lewa bietet darüber 26

Das Smart-Monitoring-System ist bereits Cloud-ready und kann über die Microsoft-AzureCloud mit anderen Systemen vernetzt werden.

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durch Schnittstellenintegration und Kennwertübermittlung in diese Systeme inte griert werden können, lässt sich der Schritt zur Smart Factory, der digitalisierten Produktionsstätte, vollziehen.

Smart Monitoring für die vernetzte Pumpenüberwachung

Smart Monitoring gibt Aufschluss über Leistung und Zustand der Dosier- und Prozessmembranpumpen «ecoflow» und «triplex» anhand von bis zu 13 000 pro Sekunde verarbeiteten Werten. (Bilder: Lewa)

hinaus Datenanalysen als Service an. Hierbei erhalten Kunden nicht nur eine datenbasierte Bewertung von Zustand und Betriebseffizienz der Pumpe, sondern auch Optimierungsempfehlungen für das ganze System.

Komplexere Produktions abläufe und was sie fordern Für einen zuverlässigen Einsatz von Pumpen und Pumpensystemen im industriellen Alltag ist die regelmässige Überprüfung der Aggregate zwingend erforderlich. Verschleiss und Störungen müssen erkannt werden, bevor es zu kostenintensiven ungeplanten Abschaltungen kommt. Zeitaufwändige Inspektionsrundgänge sind daher die Grundlage für Reparaturen und Wartungsarbeiten, erfassen jedoch nicht immer alle Funktionsabweichungen. Weil die Anforderungen durch immer komplexere Produktionsabläufe steigen, nimmt das spezifische Pumpen-Know-how beim Betreiber zunehmend ab. Aus diesen Gründen setzen Unternehmen auf digitale Assistenzsysteme zur Steuerung und Überwachung der gesamten Produktionsanlage. Doch nur, wenn auch die Anlagenkomponenten 12/2021

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat Lewa mit Erfahrung im Bereich kritischer Anwendungen ein Produkt zur vollständigen und vernetzten Pumpenüberwachung entwickelt: «Smart Monitoring gibt Aufschluss über Leistung und Zustand der Dosier- und Prozessmembranpumpen ‹ecoflow› und ‹triplex› anhand von bis zu 13 000 pro Sekunde verarbeiteten Werten», erklärt Sebastian Gatzhammer, Entwicklungsingenieur bei Lewa. «Dabei werden die Daten zu Körperschall, Hydraulikdruck, Temperatur und Drehwinkel von mehreren Sensoren erfasst und von unserer Software zu aussagekräftigen Kennzahlen verarbeitet.» Dieses System ersetzt Inspektionsrundgänge weitestgehend, da die digitale Überwachung sowohl auf Fluidseite als auch auf Hydraulikseite Verschleiss und Störungen sofort erkennt und über die Schnittstelle an ein Prozessleitsystem beim Betreiber meldet. «Damit können rund 90 Prozent der Störungen frühzeitig erkannt werden: zum Beispiel Überdruck in der Hydraulik, verschlissene Kolbenringe oder ein fehlerhaftes Schliessverhalten von Ventilen», so Gatzhammer. Auch Fehler im gesamten System jenseits des Lewa-Aggregats werden indirekt gemessen. «Wir können aus den Daten der Pumpe Änderungen im Zustand des Förderfluids, möglicherweise durch Verunreinigung, interpretieren», fügt Gatzhammer hinzu.

30 verschiedene Diagnosen Durch die detaillierte Überwachung ergeben sich aber auch weitere Vorteile wie eine bessere Planbarkeit der Wartungsintervalle. Die Anlagenleitstelle erfährt in Echtzeit von jeder funktionalen Abweichung, so dass eine Wartung im Vorhinein geplant und kontrolliert durchgeführt werden kann. In explosionsgefährdeten Arbeitsbereichen bedeutet dies zudem eine wesentliche Steigerung der Sicherheit: «Möglichen Unfällen wird vorgebeugt und die Anlagenverfügbarkeit steigt insgesamt 27

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Die Übertragung der Daten erfolgt über standardisierte Schnittstellen wie OPC UA an Prozessleitsysteme zur Datenerfassung und Visualisierung.

deutlich an», berichtet Gatzhammer. «Durch die Kontrolle von bis zu 30 verschiedenen Diagnosen hat das technische Management immer den Überblick.» Dies konnte realisiert werden, da Lewa mehr als 60 Jahre Pumpen-Know-how im SmartMonitoring-System zusammengeführt hat. «Mit dem Zusammenspiel aus Sensoren und Hardware können wir bereits einen Abfall von einem Prozent am Volumenstrom in jedem Pumpenkopf feststellen», so Gatzhammer. «Doch dank der Körperschall-Kennwerte erkennen wir Verschleisserscheinungen an Ventilen sogar

schon besonders frühzeitig; noch bevor diese überhaupt im Volumenstrom der Anlage messbar werden.»

Besonderer Mehrwert dank gekonnter Datenanalysen Der Pumpenspezialist bietet zu den SmartMonitoring-Systemen eine Datenanalyse an. «Wir analysieren und bewerten die Betriebsdaten, die ein System über eine gewisse Zeit erfasst hat. So können wir dem Kunden nicht nur datenbasierte Empfehlungen für die Wartungsplanung aufgrund der Verschleissverläufe geben. Auch die

gesamte Anlageneffizienz lässt sich so optimieren», erklärt Gatzhammer. Die Übertragung der Daten erfolgt über standardisierte Schnittstellen wie OPC UA an Prozessleitsysteme zur Datenerfassung und Visualisierung. Ausserdem ist das Smart-Monitoring System bereits Cloudready und kann über die Microsoft-AzureCloud mit anderen Systemen vernetzt werden. Diese Entscheidung – und damit auch die Datenhoheit – liegt aber immer beim Betreiber. www.lewa.de

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W erkstoffe

Flexible Solarzellen werden konkurrenzfähig

Neuer Wirkungsgrad bei flexiblen Solarzellen Einen neuen Wirkungsgradrekord von knapp 21,4 Prozent für CIGS-Solarzellen auf flexibler Polymerfolie haben Wissenschaftler der Empa erzielt. Solarzellen dieses Typs eignen sich besonders für Anwendungen auf Dächern, Transportfahrzeugen und mobilen Geräten.

Wirkungsgrad von flexiblen Solarzellen nimmt beinahe Jahr für Jahr zu. (Bild: Empa)

Seit über 20 Jahren Ayodhya N. Tiwari von der Empa forscht mit seinem Team seit mehr als 20 Jahren an flexiblen Dünnschichtsolarzellen. Mit ihrem profunden Wissen über die Technologie und die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse haben sie im Laufe der Jahre mehrere Wirkungsgradrekorde erzielt. Sie begannen mit 12,8 Prozent im Jahr 1999, bis Nishiwaki 2021 schliesslich den Wert von 21,4 Prozent erreichte. Flexible und leichte Solarmodule mit dieser Technologie eignen sich besonders für Anwendungen auf Dächern und Fassaden von Gebäuden, für Gewächshäuser, Trans-

portfahrzeuge, Luftschiffe und tragbare Elektronik. Die Empa arbeitet mit der Schweizer Firma Flisom an der Rolle-zuRolle-Herstellung von Solarmodulen für derartige Anwendungen.

www.empa.ch TOSOH_Ins_58x90_4c_Layout 1 20.12.12 07:47 Seite

DISCOVER NEW SOLUTIONS FOR LIQUID CHROMATOGRAPHY

Eine Forschergruppe der Empa hat den Wirkungsgrad von flexiblen Solarzellen auf einen neuen Rekordwert angehoben. Unabhängige Messungen ergaben einen Wert von 21,4 Prozent, wenn diese Art von Solarzellen Licht in elektrischen Strom umwandeln. Zum Vergleich: Der beste Wirkungsgrad einer herkömmlichen (nicht biegsamen) Solarzelle aus kristallinem Silizium liegt bei 26,7 Prozent. Flexible Solarzellen werden mittels einer Niedrigtemperatur-Verdampfungsmethode auf einer Polymerfolie hergestellt. Auf der Folie scheidet sich das lichtabsorbierende Halbleitermaterial Cu(In,Ga)Se2 als hauchdünner Film langsam ab. Shiro Nishiwaki von der Empa optimierte die Zusammensetzung der Schicht und der Alkali-Dotierstoffe, um den Wirkungsgrad (weiter) zu erhöhen. Die Forscher untersuchten die Auswirkungen einer kombinierten Wärmeund Lichteinwirkung nach der Verarbeitung der Solarzellen und stellten eine Steigerung der Photovoltaikleistung fest, die auch nach mehreren Monaten stabil bleibt. Der Wirkungsgrad der Solarzellen von 21,38 Prozent wurde von unabhängiger Seite am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg (D) bestätigt.

Gewerbestrasse 10 14CH-4450 Sissach Geissbrunnenweg · CH-4452 Itingen BL Fax061 +41971 61 971 83 45 Tel. 971 Tel.+41 06161 971 83834444· Fax 83 45 E-Mail: E-Mail:info@sebio.ch info@sebio.ch ·www.sebio.ch www.sebio.ch •

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In den letzten 20 Jahren wurden immer wieder neue Wirkungsgrade erzielt. (Grafik: erstellt mit Datawrapper)

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F orschungswelt

Ein quantenmechanisches Experiment

Heisenberg unter dem Mikroskop Die meisten kennen sie wahrscheinlich: die Heisenbergsche Unschärferelation. Sie zeigt die Grenze des Messbaren in der Quantenwelt auf. Je genauer man den Ort eines Teilchen bestimmt, desto ungenauer lässt sich dessen Impuls ermitteln. Komplementäre Systeme, wie es Ort und Impuls sind, lassen sich nicht gleichzeitig exakt bestimmen. Österreichische Forscher testeten die quantenmechanischen Grenzen eines makroskopischen Glaskügelchens aus.

Ein Fussball ist kein Quantenteilchen. Zwischen Gegenständen, die wir aus dem Alltag kennen, und winzigen Quantenobjekten gibt es entscheidende Unterschiede. Quantenphänomene sind meist sehr fragil. Um sie zu studieren, verwendet man normalerweise nur eine kleine Zahl von Teilchen, gut abgeschirmt von der Umwelt, bei möglichst niedrigen Temperaturen. Durch eine Zusammenarbeit der Universität Wien, der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Technischen Universität Wien gelang es aber, ein heisses Glaskügelchen, bestehend aus ungefähr einer Milliarde Atome, mit bisher unerreichter Präzision zu vermessen und auf Quantenebene zu kontrollieren. Seine Bewegung wurde gezielt abgebremst, bis es den Zustand kleinstmöglicher Energie annahm. Die Messmethode erreichte dabei beinahe das Limit, das von der Heisenbergschen Unschärferelation vorgegeben wird – mehr Präzision lässt die Physik grundsätzlich nicht zu. Möglich wurde das, indem spezielle Methoden aus der Regelungstechnik erstmals in dieser Form auf Quantensysteme angewendet wurden. Die Ergebnisse wurden nun im Fachjournal «Nature» publiziert.

Perfekte Präzision ist unmöglich Die Messung beeinflusst das gemessene Objekt, das ist eines der wichtigsten Grundprinzipien der Quantentheorie. «Werner Heisenberg überlegte sich dazu ein berühmtes Gedankenexperiment – das sogenannte Heisenberg-Mikroskop», erklärt Physiker Lorenzo Magrini, der Erstautor der Studie von der Universität Wien. «Wenn man in einem Mikroskop die Posi30

Detail der Optik, die verwendet wird, um das Licht zu lenken und zu manipulieren, das das Nanoteilchen einfängt. (Bild: Lorenzo Magrini/Aspelmeyer Group/University of Vienna)

tion eines Objekts sehr genau messen möchte, muss man Licht mit möglichst kurzer Wellenlänge verwenden. Kurze Wellenlänge bedeutet aber höhere Energie, dadurch wird die Bewegung des Teilchens stärker gestört.» Man kann nicht gleichzeitig den Aufenthaltsort und den Bewegungszustand eines Teilchens exakt messen. Das Produkt ihrer Ungenauigkeiten ist immer durch das Plancksche Wirkungsquantum begrenzt – das ist die sogenannte Heisenbergsche Unschärferelation. Man kann allerdings ausloten, wie nahe man sich an diese von der Natur vorgegebene Genauigkeits-Schwelle he rantasten kann.

Nanoteilchen unter quanten mechanischer Betrachtung Im Team von Prof. Markus Aspelmeyer an der Universität Wien verwendet man dafür

ein Glaskügelchen mit einem Durchmesser von weniger als 200 Nanometern, bestehend aus ungefähr einer Milliarde Teilchen – für unsere Alltagsmassstäbe ist das sehr klein, doch für quantenphysikalische Massstäbe handelt es sich um ein recht grosses Objekt. Mithilfe eines Laserstrahls kann das Glaskügelchen festgehalten werden. Die Atome des Kügelchens werden vom Laser aufgeheizt, die innere Temperatur des Kügelchens beträgt mehrere hundert Grad Celsius. Das bedeutet, dass die Atome des Kügelchens heftige Wackelbewegungen ausführen. Im Experiment untersuchte man aber nicht die Wackelbewegungen der einzelnen Atome, sondern das kollektive Wackeln des Kügelchens in einer Laserfalle. «Das sind zwei ganz unterschiedliche Dinge, ähnlich wie auch die Bewegung eines Pendels in der Pendeluhr 12/2021

F orschungswelt

Infrarotaufnahme des vor dem Mikroskop objektiv gefangenen Teilchens im Quantengrundzustand. (Bild: Lorenzo Magrini/Constanze Bach/Aspelmeyer Group/University of Vienna)

etwas anderes ist als die Bewegung der einzelnen Atome im Pendel», sagt Aspelmeyer.

Quanten-Regelungstechnik Das Ziel war, die Pendelbewegung des Glaskügelchens exakt zu kontrollieren – und zwar bis auf das Niveau, das quantenphysikalisch gerade noch möglich ist, auch wenn es sich beim Glaskügelchen eigentlich um ein makroskopisches Objekt handelt. Damit das gelingen kann, muss die Regelung perfekt entworfen und auf das Experiment abgestimmt sein – diese Aufgabe übernahm das Team des Elektrotechnikers Prof. Andreas Kugi an der TU Wien. «In der Regelungstechnik geht es darum, Systeme so zu beeinflussen, dass sie ein gewünschtes Verhalten aufweisen unabhängig von Störungen und Parameterschwankungen», sagt Kugi. «Das kann etwa ein Roboterarm sein, die Produktionsanlage einer Fabrik, oder auch die Temperatur eines Hochofens.» Die modernen Methoden der Regelungstechnik auch auf Quantensysteme anzuwenden, eröffnet neue Möglichkeiten: «Man hat dabei aber auch mit Schwierigkeiten zu kämpfen, die in dieser Form in der klassischen Systemtheorie und Regelungstechnik nicht vorhanden sind», erklärt Kugi. «Bei klassischen Regelungsaufgaben hat die Messung keinen oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf das System. In der Quantenphysik lässt sich dieser Einfluss aber grundsätzlich nicht verhindern. Wir müssen daher auch neuartige regelungstechnische Methoden entwickeln.» 12/2021

Das gelang: Das vom Glaskügelchen zurückgestreute Licht wurde mit einer Mikroskopietechnik möglichst vollständig detektiert, daraus ermittelte man in Echtzeit die aktuelle Position des Kügelchens mit einer Präzision im Pikometer-Bereich und passte dann ein elektrisches Feld immer genau so an, dass es der Bewegung des Glaskügelchens entgegenwirkte. Auf diese Weise gelang es, das gesamte Kügelchen gezielt abzubremsen und in einen Bewegungszustand zu versetzen, der dem quantenphysikalischen Grundzustand entspricht – also dem Zustand der kleinstmöglichen Bewegungsenergie. Und das obwohl es sich um ein verhältnismässig grosses Objekt handelt, dessen Atome bei grosser Hitze kräftig wackeln.

Zusammenarbeit von Physik und Regelungstechnik «Man muss immer Orts- und Bewegungsunschärfe gemeinsam betrachten. Insgesamt betrug das Produkt der Quanten unschärfen des Glaskügelchens nur das 1,7-fache des Planckschen Wirkungsquantums», sagt Magrini. Ein Plancksches Wirkungsquantum wäre die absolute theoretische Untergrenze – es ist also gelungen, so knapp wie nie zuvor bei einem Objekt dieser Grösse ans absolute Quantenlimit heranzurücken. Die im Experiment gemessene Bewegungsenergie entsprach einer Temperatur von gerade einmal 5 Mikrokelvin, also 5 millionstel Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt. Der Bewegung des Glaskügelchens insgesamt kann also auch dann eine extrem niedrige Temperatur zugeordnet werden, wenn die Atome, aus denen das Kügelchen besteht, eine sehr hohe Temperatur haben. Dieser Erfolg zeigt das grosse Potenzial dieser neuen Verbindung aus Quantenphysik und Regelungstechnik: Beide Forschungsgruppen wollen in dieser Richtung weiterarbeiten und mit Know-how aus der Regelungstechnik noch bessere und präziser kontrollierte Quantenexperimente ermöglichen. Anwendungsmöglichkeiten dafür gibt es viele, sie reichen von Quantensensoren bis zu Technologien aus dem Bereich der Quanteninformation.

www.univie.ac.at

Sicheres Scale-up vom Labor zur Produktion Risiken abschätzen und Worst-Case Szenarien simulieren Mehr Infornter: mationen u h.com/ www.netzsc rity processsecu

Differential Scanning Calorimetry (DSC)

Accelerating Rate Calorimetry (ARC)

Kontakt: Bernhard Sauseng rograz@netzsch.com www.netzsch.com

F orschungswelt

Mit Metall «gedopt»

Eine Chemikerin macht Mikroplastik sichtbar Dass wir wissen, dass es Mikroplastik oder Nanoplastik gibt, verdanken wir der modernen chemischen Analytik. Aber ohne emsige Forscherinnen und Forscher, die neue Methoden entwickeln, nützt einem das präziseste Analysegerät nichts mehr. Eine Chemikerin an der ETH entwickelte ein trickreiches Verfahren und unterstützt somit die Forschung über die Mikro- und Nanoplastikproblematik.

Plastik verschmutzt die Umwelt. In Mikround Nanopartikel zerkleinert stellt es nicht nur für die Ozeane und deren Bewohner, sondern auch für Süssgewässer und Böden ein immer grösseres Problem dar. Aber auch für die Menschen könnten diese Partikel problematisch sein. Wie zwei Physiker der Universität des Saarlandes im experimentellen Modell herausgefunden haben sollen, dehnt Mikroplastik die Membranen menschlicher roter Blutkörperchen und verringert dadurch deren mechanische Stabilität stark.

Dem Mikroplastik auf der Spur Lange war es kaum möglich, den Verbreitungswegen dieser bis zu wenigen Millionstel Millimeter kleinen Partikel auf die Spur zu kommen. Dies ist Denise Mitrano, Geochemikerin an der ETH Zürich, gelungen: Sie entwickelte ein Verfahren, mit

dem sich Mikro- und Nanoplastik in Gewässern, Böden und sogar Organismen nachverfolgen lässt. Für diese ausserordentliche Leistung hat sie den diesjährigen Marie-Heim-Vögtlin-Preis des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) gewonnen. Ursprünglich hatte sich Mitrano nicht mit Plastik, sondern mit synthetischen MetallNanopartikeln befasst, wie sie etwa in Textilien und Kosmetika enthalten sind. So kam sie auf die Idee, die Messmethoden für solche Nano-Metalle auf Plastikpartikel zu übertragen. Dazu entwickelte sie ein Verfahren, um Plastikteilchen chemisch mit Metallen zu versetzen. Der Vorteil daran ist, dass sich Metalle mit deutlich empfindlicheren Methoden und schneller vermessen lassen als Plastik. Finanziert wurde diese Arbeit durch einen Ambizione-Beitrag im Rahmen der Nachwuchsförderung des SNF.

Via Klärschlamm in die Umwelt In einer nachgebauten, kleinformatigen Kläranlage untersuchte die Chemikerin, was mit Plastikpartikeln dort passiert. Sie konnte zeigen, dass diese Kläranlage tatsächlich über 95 Prozent des Mikro- und Nanoplastiks aus dem Wasser entfernt und folglich im Klärschlamm anreichert. «Damit ist das Problem der Plastikverschmutzung aber nicht gelöst», sagt Mitrano. Der Grund: Klärschlamm wird in vielen Ländern als Düngemittel verwendet, wodurch die Plastikpartikel wieder in die Umwelt gelangen.

Mikroplastik und die Politik

Die Chemikerin Denise Mitrano von der ETH Zürich erhält den Marie-Heim-Vögtlin-Preis 2021. (Bild: SNF/Cornelia Vinzens)

In weiteren Experimenten untersuchte die gebürtige US-Amerikanerin, was mit dem Mikroplastik in Böden und Pflanzen passiert. Dabei entdeckte sie unter anderem, dass die Partikel von Pflanzen aufgenom-

Das Prinzip des Analyseverfahrens: Die Plastikteilchen werden mit Metallteilchen «gedopt». Auf diese Weise sind sie besser detektierbar. (Symbolbild) (Bild: Adpic)

Wir wissen, dass wir nichts wissen Aus Mikroplastik wird Nanoplastik. Dies ist ziemlich wahrscheinlich. Wie gefährlich Nanoplastik schliesslich wirklich ist, sind sich die Forscher noch nicht sicher. Aber: Zu behaupten, diese Nanopartikel seien definitiv unbedenklich, wäre eine eindeutige Falschaussage. men werden und bei diesen eine Stressreaktion auslösen. Mitrano engagiert sich auch an der Schnittstelle von Wissenschaft und Politik. Erst kürzlich hat sie eine Beurteilung von neuen Definitionen und Vorschriften zu Mikroplastik der Europäischen Chemikalienagentur (Echa) veröffentlicht. «Je mehr wir über die Wege der Plastikpartikel und deren schädliche Auswirkungen wissen, desto besser können wir in Zukunft verhindern, dass Plastik in die Umwelt gelangt», ist Mitrano überzeugt. www.snf.ch 12/2021

U mwelt

Bisherige Annahmen widerlegt

Wie Quecksilber ins Meer gelangt Von der Industrie freigesetztes Quecksilber gerät über die Luft ins Meer und von dort aus in die Nahrungskette. Eine Analyse der Universität Basel zeigt nun, wie der Schadstoff ins Wasser gelangt: nicht wie bisher vermutet vor allem durch Regen, sondern auch über Gasaustausch. Daher könnten Massnahmen zur Reduktion von Quecksilber-Emissionen schneller greifen als gedacht.

Jedes Jahr werden zweitausend Tonnen gasförmiges Quecksilber durch Kohlekraftwerke und Bergbau in die Atmosphäre freigesetzt. Der Schadstoff zirkuliert dann in verschiedenen chemischen Formen in einem komplexen Kreislauf zwischen Luft, Erde und Wasser. Besonders gefährlich ist das Quecksilber im Meer: Dort sammelt es sich in Form von hochgiftigem Methylquecksilber in Fischen an und gelangt durch den Verzehr in Menschen. Dies kann die Hirnentwicklung von Kindern beeinträchtigen und bei Erwachsenen HerzKreislauf-Erkrankungen verursachen. «Nach Schätzungen haben menschliche Aktivitäten die Quecksilbermenge im Oberflächenozean seit dem Beginn der Industrialisierung verdreifacht», sagt der Biogeochemiker Martin Jiskra vom Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel. Bisher ging die Fachwelt davon aus, dass Quecksilber hauptsächlich durch Regen in die Ozeane eingebracht wird. «Dies sind allerdings nur Vermutungen, da es über dem Meer keine Auffangstationen für Niederschläge gibt.»

Chemischer Fingerabdruck verrät Herkunft Wie Jiskra in einer im Fachjournal «Nature» publizierten Studie berichtet, hat er diese Wissenslücke nun gemeinsam mit Kollegen der Universitäten Aix-Marseille und Toulouse sowie des französischen Centre national de la recherche scientifique (CNRS) geschlossen: Er untersuchte Meerwasserproben mit einer neuartigen Methode, die es ermöglicht zu unterscheiden, ob das Quecksilber aus Niederschlägen stammt oder durch Gasaustausch ins Meer gelangt. Die auch als «Fingerprinting» bezeichnete Analyse beruht auf der Messung von winzigen Gewichtsunterschieden zwischen natürlich vorkommenden Quecksilber-Atomen, den Isotopen. Für das Sammeln der Proben unternahm Jiskra mehrere Schiffsexkursionen auf dem Mittelmeer vor der Küste von Marseille, wo er Wasserproben von je zwanzig Liter in verschiedenen Tiefen bis 1400 Metern sammelte. Zusätzliche Daten stammen von Proben, die Forschungsschiffe im Nordatlantik sammelten.

Die Untersuchungen ergaben, dass − entgegen bisheriger Annahmen − nur etwa die Hälfte des Quecksilbers im Ozean aus Niederschlägen stammt. (Bild: Envato)

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Eine Quecksilberperle (in der Mitte) umgeben von rötlichem Zinnober.(Bild: Gemeinfrei)

Quecksilber-Kreislauf besser verstehen Die Untersuchungen ergaben, dass − entgegen bisheriger Annahmen − nur etwa die Hälfte des Quecksilbers im Ozean aus Niederschlägen stammt, während die andere Hälfte den Meeren durch Aufnahme von gasförmigem Quecksilber zugeführt wird. «Der Beitrag von Niederschlägen wird derzeit wohl überschätzt», so Jiskra. Er vermutet, dass sich stattdessen durch die Aufnahme von Pflanzen mehr Schwermetall an Land ablagert, wo es in den Böden sicher gebunden ist und weniger Gefahr für Menschen darstellt. Auch für die Umsetzung der MinamataKonvention, in der sich 133 Staaten im Jahr 2013 zur Reduktion der QuecksilberEmissionen verpflichtet haben, seien die neuen Erkenntnisse wichtig: «Wenn weniger Quecksilber über Regen ins Meer gelangt, könnte eine Reduktion der Emissionen zu einem schnelleren Rückgang der Quecksilber-Mengen im Meer führen als erwartet.» www.unibas.ch 33

V erfahrenstechnik

Im Labor funktionieren oft Reaktionen problemlos, die im grösseren Massstab einfach zu gefährlich wären. (Bild: Shutterstock)

Die chemische Synythese im Blick

Scale-up und Scale-down Es gibt mitunter grosse Herausforderungen, um chemische Synthesen im Labormassstab auf den Kilolabormassstab und weiter in den Produktionsmassstab abzubilden. Dabei ist es vorteilhaft, sich auf wenige Eingriffe in den Prozess zu beschränken, um das gesamte Handling so einfach wie möglich zu halten. Was im Labor gut funktioniert, kann eine oder zwei Stufen weiter bei der Produktion schon nicht mehr so schön und einfach funktionieren.

Haron Sekkai, Ingenieurbüro Haron Sekkai Denn Laborbedingungen sind das eine, und nicht immer mit den Produktionsbedingungen in Kilolabor und Technikum zu vergleichen. Bei Scale-up und Scale-down stellen sich unter anderem die Fragen: – Wo anfangen und wo aufhören? – Welches Equipment wird benötigt? – Welches Equipment kann in weiteren Stufen auch genutzt werden? – Gibt es ein einfaches Handling? Ein Blick in ein heutiges Chemielabor zeigt, dass die Mikroelektronik und Mikroprozessortechnik schon seit einigen Jahren Einzug gehalten haben. Ob Temperiergerät, Rührwerk, Dosierpumpe, Waage . . . viele Geräte verfügen heute über Schnittstellen, die eine Ansteuerung mittels PLS 34

oder Computer erlauben. Was früher – und heute auch noch oft – von Hand bedient wurde und wird, lässt sich auch gut und oft günstig mitihilfe von Laborautomatisierungsoftware handeln, die im Idealfall auch für die Übertragung der Prozessbedingungen vom Labormassstab auf einen grösseren Massstab eingesetzt werden kann.

Welche Möglichkeiten bieten sich im Labor? Im Labor bieten sich z. B. in einer ersten Stufe Synthesen im Bereich von 2 ml bis etwa 30 ml an. Hierbei ergibt es durchaus Sinn, wenn möglichst mehrere Reaktionen in einem Experiment parallel bearbeitet werden können. Wenn dann noch die einzelnen Versuchsansätze separat ansteuerbar und temperierbar sind, bietet sich eine sehr hohe Flexibilität.

Bild 1: Aufbau eines Kilolabors. (Bilder: Peter Huber Kältemaschinenbau AG)

Durch die Verfügbarkeit von Rückflusskühlern und Inertisierungseinheiten, miniaturisierten Ports und Fittings in laborübli12/2021

V erfahrenstechnik

Bild 4 zeigt ein «Standardlabor»: Ein Temperiergerät überwacht hierbei die Temperatur eines 2-Liter-Doppelmantelreaktors. Mittels Rührwerk werden die Substanzen im Reaktor durchmischt. Eine Dosierpumpe füllt eine definierte Menge z. B. einer weiteren Flüssigkeit in den Reaktorkern (Prozess). Es gibt hierzu verschiedenste Softwarelösungen von Anbietern, die den Kunden eine breite Palette an Lösungen für Scaleup im Bereich weniger Milliliter, über mehrere hundert Milliliter bis mehrere 10 Liter bieten. Bild 4 zeigt stellvertretend für viele Softwarelösungen ein Beispiel einer einfachen Lösung. Da die heutigen Laborgeräte und Komponenten über Schnittstellen (z. B. RS232 und USB) verfügen, können diese Komponenten relativ unkompliziert angesteuert werden. Einfache Arbeiten lassen sich somit schnell und zuverlässig bewerkstelligen. Eine Zudosierung «von Hand» und Protokollierung kann entfallen, da die Software die Steuerung übernimmt und die Messwerte aufgezeichnet werden können. Bild 2: Temperiergeräte wie sie typischerweise bei Scale-up und Scale-down zum Einsatz kommen.

chen Gewindeformaten sowie durch integrierte Sensorik (z. B. Messung von Trübung und Liquidtemperatur), lassen sich im Labormassstab schnell reproduzierbare Tests durchführen, die auch in grössere Ansätze im Technikum und in der Produktion übertragbar sind. Eine lückenlose Dokumentation bietet weiterhin die Vergleichbarkeit der einzelnen Synthesen. Bild 3 zeigt die Möglichkeit zehn Parallelsynthesen mit je max. 30 ml Produkt zu temperieren. Innerhalb kürzester Zeit können hierbei die einzelnen Zellen separat geheizt und gekühlt werden. Die Messwerte lassen sich dabei sehr einfach numerisch und grafisch darstellen und können problemlos über USB-Stick exportiert und weiter verarbeitet werden.

Welche Möglichkeiten bieten sich im Kilolabor? Bei Synthesen ab z. B. 100 ml bis 10 Liter werden in der Regel Geräte und Komponenten benötigt, die höhere Leistungen (z. B. Kühlleistungen und Heizleistungen) bereitstellen und transportieren können. 12/2021

Temperiergeräte müssen die entsprechenden Kühl- und Heizleistungen haben und ausreichend Pumpenleistung (hoher Förderstrom) gewährleisten. Hierbei gilt es darauf zu achten, dass die Geräteleistungen im Labor oder Technikum in den Produktionsprozess übertragen werden, können. Das heisst, dass sowohl Heiz- bzw. Kälteleistung als auch die Pumpenleistung der im Produktionsprozess zur Verfügung stehenden Anlagen in die Versuchsplanung miteinbezogen werden. Als klassisches Beispiel sei erwähnt, dass z. B. bei einer späteren Produktionsanlage die Temperaturdifferenz von Manteltemperatur zur Prozesstemperatur im Bereich von 1 bis 5 Kelvin liegt. Eine grosse Temperaturdifferenz, die im Labormassstab einfach realisierbar wäre, bringt beim eigentlichen Prozess jedoch wenig, da in Produktionsanlagen z. B. grosse Heiz- und Kälteleistungen für grosse Produktionsmengen mit hohem Aufwand bereitgestellt werden müssen. Eine kleine Temperaturdifferenz dagegen sorgt für eine «schonende» Temperierung des Produkts auch im Reaktorkern.

Welche Möglichkeiten bieten sich im Produktionsmassstab? Bild 5 zeigt eine Anlage, wie sie typischerweise im Kilolabormassstab zum Einsatz kommt. Solche Anlagen und Softwarelösungen bieten ebenfalls eine relativ hohe Flexibilität bei der Verfahrensentwicklung

V erfahrenstechnik

Bild 3: Xelsius-Synthese-Reaktor mit Software zur Auswertung und Dokumentation der Messwerte.

und bei der Prozessoptimierung. Verfahren, die zuvor im kleineren Massstab entwickelt wurden, können hier übernommen und ggfs. weiterentwickelt werden. Genauso kann auch umgekehrt ein Informationsfluss vom Kilolabormassstab in den Labormassstab (Scale-down) statt- finden. Einige Firmen, projektieren die kompletten Anlagen (Hardware und Software). Auch bestehende Anlagen können – mit entsprechender Hardware – auf neue Herausforderungen umgerüstet werden. Bild 5 zeigt rechts eine Laborautomatisierungssoftware, die bei einfachen und komplexeren Batch- und Konti-Prozessen zum Einsatz kommt. Je nach Anlage können hier an den verschiedensten Stellen Sensoren und Ventile zur Automatisierung und Dokumentation eingebunden werden. Via Rezeptsteuerung lassen sich viele Prozesse reproduzierbar automatisieren.

Fazit Bild 4: Aufbau eines Standardlabors mit beispielhafter einfacher Ansteuersoftware.

Es gibt auf dem Markt für Labortechnik sehr gute Möglichkeiten, ein gut funktionierendes Scale-up und Scale-down bei Synthesereaktionen durchzuführen. Viele wichtige Parameter können in den einzelnen Stufen gemessen, verglichen und angepasst werden. Kontakt Peter Huber Kältemaschinenbau AG D-77656 Offenburg info@huber-online.com www.huber-online.com

Bild 5: Aufbau eines Kilolabors mit Laborautomatisierungssoftware.

Hinweis: Dieser Artikel ist zuerst am 30.10.2020 im Online-Magazin Analytik News erschienen

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Neuer Zugang zu Phosgen

Ein anderer Zugang zu Grundchemikalien Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Freien Universität Berlin haben einen neuartigen Prozess zur industriellen Produktion von Grundchemikalien entwickelt. Sie fanden einen neuen Zugang zu Phosgen, der ganz neue Wege bei der Herstellung von Grundstoffen ermöglicht.

Carbonylchlorid – auch Phosgen genannt – ist einer der wichtigsten Grundstoffe in der chemischen Industrie und Ausgangsstoff für beispielsweise Polymere, Agrochemikalien und Medikamente. Allein für die Produktion von Polyurethanen und Polycarbonaten – Kunststoffe die als Dämmstoffe bzw. in CDs oder Brillengläsern verwendet werden – werden jährlich ungefähr 12 Millionen Tonnen Phosgen benötigt; eine Zahl die Schätzungen zufolge bis 2030 auf 18,6 Millionen Tonnen pro Jahr ansteigen wird. Die neue Entwicklung gelang Professor Dr. Sebastian Hasenstab-Riedel vom Insti-

tut für Chemie und Biochemie der Freien Universität sowie beteiligten Wissenschaftler der Technischen Universität Berlin und der Firma Covestro. Die Ergebnisse wurden in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift «Science Advances» veröffentlicht.

Gefährlich: Toxisch Aufgrund seiner hohen Toxizität wird Carbonylchlorid nur von wenigen spezialisierten Unternehmen in grossem Massstab produziert. Dabei werden Kohlenmonoxid und Chlor bei sehr hohen Temperaturen und hohen Drücken unter Zuhilfenahme

eines Katalysators zur Reaktion gebracht, was sehr energieintensiv ist und ein umfangreiches Sicherheitskonzept erfordert.

Einfache und gute Katalysatoren Die Forschende um Professor. Dr. Sebastian Hasenstab-Riedel konnten zeigen, dass bereits Chloridionen – wie sie auch in Kochsalz vorkommen – in Kombination mit speziellen Kationen sehr effiziente Katalysatoren für die Synthese von Carbonylchlorid sind. «Chlor und Chloridionen bilden zunächst sogenannte Polychloride, welche bei Raumtemperatur und normalem Druck mit Kohlenmonoxid zu Carbonylchlorid reagieren», erläutert HasenstabRiedel. «Das Verfahren könnte sich im grossen Massstab als weitaus effizienter erweisen als das bisher angewandte. Zudem lassen sich die Polychloride als effiziente, neuartige und bei Raumtemperatur flüssige, Chlorspeicher einsetzen, was in Zukunft eine nachhaltigere Chlorproduk tion ermöglichen könnte.» www.fu-berlin.de

Aufgrund seiner hohen Toxizität wird Carbonylchlorid nur von wenigen spezialisierten Unternehmen in grossem Massstab produziert. (Bild: Shutterstock)

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V erfahrenstechnik

Blick auf die Logistik

Der Transport von «grünem» Wasserstoff «Grüner Wasserstoff», also H2, der zu 100 Prozent aus regenerativen C02 -neutralen Quellen stammt, gilt als kostenintensiv und nur bedingt rentabel. In einer neuen Untersuchung kommt die globale Unternehmensberatung Kearney in Zusammenarbeit mit dem Energieunternehmen Uniper aber zu einem anderen Schluss. Durch die Umwandlung von Wasserstoff in grünen Ammoniak können z. B. die Transportkosten massiv gesenkt und schon bis 2025 könnte so laut den Unternehmen eine günstige Alternative zu fossilen Energieträgern geschaffen werden.

Wasserstoff gilt als der «Champagner unter den Energieträgern» und hat – im Kontext der Energiewende – das Potenzial, die CO2 -Emissionen in Industrie und Verkehr drastisch zu reduzieren. Der Haken: Der Transport, z. B. im tiefkalten, flüssigen Zustand (–253 Grad Celsius) ist technisch herausfordernd und teuer. Die Unternehmensberatung Kearney hat mit dem Energieversorgungsunternehmen Uniper die Problematik genauer untersucht und ihre Resultate hierzu in einem Papier zusammengestellt und veröffentlicht. Sie kommen zum Schluss, dass grüner Wasserstoff, umgewandelt zu grünem Ammoniak, bis 2025 durchaus wettbewerbsfähig werden könnte.

Wasserstoffbedarf wird ansteigen

Eine Schlüsselrolle spielt der Transport der neuen Energiequelle. (Bild: Kearney)

Um diese Konkurrenzfähigkeit zu erreichen, müssten bereits heute die richtigen Rahmenbedingungen gesetzt werden. «Viele Wasserstoffstrategien rechnen mit einem grünen Wasserstoffbedarf, der mit erneuerbaren Energiequellen nach bisherigem Planungsstand nicht gedeckt werWasserstoff als Kraftstoff für Personenwagen Das Schweizer Unternehmen H2 Energy Solutions GmbH ist auf die Konstruktion und Unterhalt von Wasserstoff-Tankstellen spezialisiert. Sie möchte eine schweizweite Infrastruktur mit Wasserstoff-Tankstellen für Personenwagen aufbauen. Quelle: News der ChemieXtra vom 28. September 2021

Viele Unternehmen sehen im Wasserstoff eine zukunftsfähige alternative Energiequelle. (Bild: Kearney)

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V erfahrenstechnik Figure 2 Green hydrogen conversion and import options via ship in 2025 and key considerations Green hydrogen import value chain H2 production

Conversion

Renewable energy

Transport NH3 LH2 LOHC

Electrolysis

Reconversion

Shipping Pipeline (Excluded from analysis)

Last mile distribution

Central reconversion

Pipeline Truck

Conversion, transport, and reconversion steps depend on the conversion medium choice Ammonia (NH3)

+ Ammonia is already widely used and

transported. The conversion, storage and transport is proven at scale

+ Converting and transporting ammonia is

cheaper than liquefied hydrogen or LOHC and existing infrastructure e.g. LPG tankers can be used

– The hydrogen reconversion process via

Liquefied hydrogen (LH2)

– Liquefied hydrogen must be cooled down

to -253°C. High energy requirements, thermal- and boil-off losses, make transport and storage expensive

– Transporting LH2 is relatively immature with no ships currently being available

+ Reconversion is easy and cheap

hydrogen without cooling requirements and the opportunity to leverage current oil infrastructure

– The fluid carrier can be reused but requires

to be shipped back once the carrier has been dehydrogenated. This adds to the complexity and costs of supply routes

– Reconversion is an energy-intensive process

ammonia crackers is relatively immature and has high energy requirements, adding to the total import cost Feasible large-scale hydrogen transport option by 2025

Liquefied organic hydrogen carrier (LOHC)

+ LOHC enables easy and safe handling of

and different LOHC fluids are still in development

Beyond 2025, other hydrogen import options like LH2 and LOHC can become more relevant due to their specific benefits and expected cost reductions

Source: Kearney analysis

Die Unternehmen vergleichen die theoretisch zur Verfügung stehenden Möglichkeiten des Wasserstofftransports: Mit Pro und Contra aller Optionen. (Bild: Kearney)

den kann. Daher ist die Kernfrage, woher und in welcher Form der grüne Wasserstoff kommen wird», so Sumit Mitra, Partner bei Kearney und Experte für die Optimierung von Wertschöpfungsketten. Laut den Ergebnissen der Untersuchung ist der Einsatz von Ammoniak, der heute vor allem als Grundstoff für Düngemittel verwendet wird, als Transportmedium für Wasserstoff aus Regionen mit günstigem, grünem Strom entscheidend. Dr. Axel Wietfeld, CEO Uniper Hydrogen: «In allen Verbrauchssektoren wird der Bedarf an Wasserstoff steigen. Deshalb werden wir einen Grossteil unseres Wasserstoffs importieren müssen, um unseren zukünftigen Bedarf decken zu können. Wir benötigen importierte Mengen und müssen hier technolo-

Competitiveness of green hydrogen import pathways for Germany in 2025

gieoffen vielfältige Möglichkeiten nutzen. Ammoniak ist ein Energieträger, der sich verhältnismässig einfach und kostengünstig transportieren lässt und die Wasserstoffwirtschaft entscheidend vorantreiben kann.»

Vorteile der Ammoniakroute «Getrieben durch die aktuelle CO2 -Preisentwicklung, lohnt sich zudem der Import des grünen Ammoniaks bereits heute, was zur Dekarbonisierung der Düngemittelindustrie beitragen wird und gleichzeitig Investments zur Rückgewinnung von Wasserstoff aus Ammoniak ermöglicht», erklärt Mitra weiter. Zwar ist die Rückgewinnung energieintensiv, die Resultate zeigen allerdings, dass zum einen die Ammoniakroute

aus finanzieller Sicht günstiger ist als lokal erzeugter, grüner Wasserstoff und zum anderen weitere Kostensenkungspotenziale entlang der Wertschöpfungskette bestehen. Zudem stehen andere Transportwege wie verflüssigter Wasserstoff oder sogenannte Liquefied Organic Hydrogen Carrier (LOHC) in den nächsten Jahren (noch) nicht im grossen Massstab zur Verfügung. Die Autoren des veröffentlichten Papiers gehen daher davon aus, dass sich Ammoniak, unter anderem aufgrund des bereits bestehenden Marktes und der etablierten Technologie und Infrastruktur, bis 2025 als Transportmedium für Wasserstoff durchsetzen wird. www.kearney.ch

www.ramseyer.ch

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VERBANDSSEITE

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

■ Präsident Kurt Bächtold Bodenackerstrasse 15F CH-4334 Sisseln praesident@cp-technologe.ch

■ Höhere Fachprüfung ■ Termine Chemietechnologe Alle Termine online Siegfried AG, Daniel Müller anschauen: Untere Brühlstrasse 4 www.cp-technologe.ch CH-4800 Zofingen weiterbildung@cp-technologe.ch

SEKTION FRICKTAL Vereinsarbeit in Zeiten von Corona Mitglieder werben Mitglieder, mit Kollegen einen Vortrag besuchen und danach noch ein Bier trinken, eine Generalversammlung gemeinsam gestalten. Vereine tun sich zunehmend schwer, Mitglieder an ihre Anlässe zu holen und an sich zu binden. Es ist ein wenig wie Onlineshopping. Eigentlich ist es praktisch und der Finger zuckt schnell, wenn es darum geht, einen Artikel ins virtuelle Einkaufskörbchen zu legen. Schneller als wenn ein Hunderternötli aus dem Portemonnaie gezückt werden muss. Aber eigentlich ist das Shoppingerlebnis doch nicht dasselbe wie im Laden, wo sich andere Leute befinden und einem vielleicht ein guter Freund – den man schon viele Monate nicht mehr gesehen hat – ganz zufällig über den Weg läuft und man sich gemeinsam über das Wiedersehen freut. Ja vielleicht entschliesst man sich sogar in diesem Moment spontan dazu, einen Cappuccino im nahe gelegenen Café zu trinken. Vielleicht bei einem Stück Kuchen, mit der Sonne im Gesicht und an der frischen 40

Grillen während unserer letzten GV – Stärkung für die Corona-geplagte Seele. (Bilder: Sektion Fricktal)

Herbstbrise, die durch die Haare weht. Es geht hier nicht darum, das eine gegen das andere auszuspielen und der Erfolg gibt den Online-Warenhäusern recht. Nicht erst, aber noch etwas mehr, in Zeiten von Corona. Und doch wollen alle nach draussen, sich nicht länger in den eigenen vier Wänden einsperren, die frische Luft bei einem Spaziergang durch den Wald geniessen. Mit etwas

Glück erspäht man jetzt ein Reh am Waldrand. Es sind Momente wie dieser, an denen Freude gratis zu haben ist. Grillen beim Waldhaus nach Feierabend. Gemeinsam Schokolade in der Basler Innenstadt herstellen und danach bei einem süffigen Glas Weisswein ein paar salzige Häppchen geniessen. Mit guten Freunden durch den Zürcher Zoo pirschen und dabei gemeinsam am Sonntagnachmittag auf Sa-

fari gehen oder am Freitagabend bei einem Fachvortrag sein Wissen auf den neuesten Stand bringen und mit klugen Leuten Gedanken austauschen. Sind das nicht schöne Vorstellungen? Klar muss man sich gegebenenfalls zu einem Termin anmelden, sich quasi verpflichten und dann, nach einer langen und möglicherweise harten Arbeitswoche nochmals aufrappeln, sein Glück wahrzunehmen. Und doch, es 12/2021

VERBANDSSEITE

Mach was Reales um in der virtuellen Welt anzugeben – Schoggi giessen (und naschen) mit der Sektion Fricktal.

Australienurlaub an einem Sonntagnachmittag: Mitglieder der Sek tion Fricktal stärken sich im Outback des Zürcher Zoo’s.

lohn sich – immer und immer wieder. Das Corona-Kapitel ist noch nicht ganz abgeschlossen und doch besteht leiser Grund zur Hoffnung, dass wir alles das wieder gemeinsam erleben können. Vereine wie die Sekti-

sich lohnen. Sprecht euch mit euren Vereinskollegen ab, an welchen Anlässen ihr teilnehmen wollt und sprecht Freunde an, die noch nicht Teil des Vereins sind. Für jedes neue Mitglied das über fricktal@ cp-technologe.ch durch ein

onen des SCV werden schon bald wieder ihre Jahresprogramme kommunizieren. Live an der Generalversammlung und virtuell auf www.cp-technologe.ch. Lasst euch die Freude nicht nehmen und nehmt an vielen Anlässen teil. Es wird

bestehendes Mitglied angemeldet wird, lockt eine schöne Prämie. Auszugeben online oder im richtigen Leben – ganz nach Belieben. Wir freuen uns auf dich. Sektion Fricktal

Der Zentralvorstand des SCV wünscht allen schöne Festtage.

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PRODUKTE

Schnelle Trennung und Quantifizierung von Antikörpern Die «TSKgel Protein A-5PW»-Säule wurde für die schnelle Trennung und robuste Quantifizierung einer Vielzahl von Antikörpern entwickelt. Monoklonale Antikörper aus geernteten Zellkulturmedien können in weniger als 2 Minuten pro Injektion eingefangen und genau quantifiziert werden. Die Säule kann für mehr als 2000 Injektionen ohne Regeneration oder Reinigung verwendet werden. Die TSKgel Protein A-5PW-Säule ist mit hydroxylierten Methacryl-Polymerkügelchen gefüllt und verfügt über einen hohen Vernetzungsgrad, der eine hohe Flussrate für die Chromatographie ermöglicht und gleichzeitig die chromatographische Effizienz, Peakbreite und Auflösung beibehält. Der rekombinante Protein-A-Ligand ist ein Code-modifiziertes Hexamer der C-Domäne. Ein verstärkter rProtein A-Ligand wird über Mehrpunktanlagerung an das TSKgel-5PWBasenkügelchen gebunden, was zu einer Basenstabilität in 0,1 mol/L

NaOH führt. Die grosse Ladekapazität der Säule kann den Titer von mAb in verschiedenen Stadien der Verarbeitung von Zellkulturmedien genau bestimmen. Die geringe Menge an Protein A-Auslaugung ist ideal für die Reinigung von mAbs im kleinen Massstab zur anfänglichen Charakterisierung.

Sebio GmbH CH-4450 Sissach info@sebio.ch www.sebio.ch

Robuste Grenzstandschalter für extreme Bedingungen Der «Liquiphant FTL62» und der «Liquiphant FTL64» werden in Lagertanks, Behältern und Rohren für die Grenzstanderfassung aller Arten von Flüssigkeiten verwendet. Der «Liquiphant FTL62» lässt sich über die bewährten Beschichtungen ECTFE, PFA oder Emaille für den Einsatz in aggressiven Medien anpassen. Damit ist er chemikalien- und korrosionsbeständig, sehr abriebfest und verfügt über optimierte Antihafteigenschaften. Der Grenzstandschalter Liquiphant FTL64 eignet sich dank eines speziellen Hochtemperatur-Designs für den Einsatz in einem erweiterten Temperaturbereich zwischen –60 °C und 280 °C. Eine zweite Prozessabdichtung sorgt für ein Höchstmass an Sicherheit.

Endress + Hauser hat die Liquiphant-Produktfamilie mit zwei neuen Grenzstandschaltern erweitert.

Endress+Hauser (Schweiz) AG CH-4153 Reinach BL info.ch.sc@endress.com www.ch.endress.com

Hygienisch zertifizierte Umschaltventile

APV ergänzt die aktuelle Ventilbaureihe D4 um weitere Optionen: Nach den D4-Tankauslassventilen, der Möglichkeit zur Reinigung mit Molchsystemen, neuen Steuereinheiten und der Atex-Zertifizierung sind die vermischungssicheren, zertifiziert hygienischen Ventile jetzt auch als Umschaltventile erhältlich.

Die Konfiguration als vermischungssicheres Umschaltventil ermöglicht eine direkte Umschaltung des Flüssigkeitsstroms von einer Leitung zur anderen. So kann das Medium beispielsweise bei der Pasteurisierung in den Kreislauf zurückgeführt werden, wenn ein weiterer Durchlauf im Wärmetauscher nötig ist. Dieses Setup macht ein Einsitzventil und ein weiteres vermischungssicheres Ventil überflüssig, während mittlere und obere Ventilkammer in der Anlage sicher gereinigt werden können. Bei dem neuen vermischungssicheren, hygienischen Umschaltventil kommen viele Bauteile und Konstruktionsmerkmale der anderen D4-Baureihen zum Einsatz, so dass Serviceaufwand und Ersatzteilhaltung für den Anwender reduziert werden.

AxFlow GmbH D-40472 Düsseldorf info@axflow.de www.axflow.com

Zukunftsbrille für den industriellen Einsatz im Ex-Bereich Die Pepperl+Fuchs Marke Ecom Instruments stellt gemeinsam mit dem Kooperationspartner Iristick mit Visor-Ex 01 explosionsgeschützte «Smart Glasses» für den industriellen Einsatz in den Ex-Zonen DZ1 und DZ2 vor. Das intelligente, gerade mal 180 g schwere Wearable vereint eine hohe Kameraqualität und zuverlässige Kommunikationsfeatures in einem ergonomischen Design. Damit haben Mitarbeitende in der Industrie einen optimalen Begleiter für alle Aufgaben, in welchen der freihändige Einsatz sowie eine kontinuierliche Kommunikation, beispielsweise mit dem Remote-Support, erforderlich ist. Insgesamt drei integrierte Kameras verwandeln Visor-Ex 01 in einer Art bionisches Auge. Zwei 16-Megapixel-Kameras sind zentral positioniert, um das natürliche Sichtfeld des Trägers abzubilden – so sieht beispielsweise der Remote-Support das Geschehen aus dem gleichen Blickwinkel und

der gleichen Perspektive wie der Mitarbeiter vor Ort. Eine Sekundärkamera bietet einen 6-fachen optischen Zoom für ein Zoomen ohne Qualitätsverluste. Ausserdem ermöglicht sie das Scannen von Barcodes und QR-Codes. In Kombination mit einem eigensicheren Smartphone als Recheneinheit sowie einer Pocket Unit mit austauschbarem Akku entsteht ein Ecosystem für zahlreiche Einsatzszenarien im industriellen Bereiche. Pepperl + Fuchs AG CH-2557 Studen info@ch.pepperl-fuchs.com www.ecom-ex.com

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PRODUKTE

Für die präzise Bestimmung des spezifischen Brechungsindexinkrements Das spezifische Brechungsindexinkrement (dn/dc) ist einer der am meisten unterschätzten Parameter in der Materialwissenschaft. Die Annahme, dass die Verwendung der in der Literatur veröffentlichten Näherungswerte für viele Polymere und Proteine keine grossen Auswirkungen auf die durch Lichtstreuexperimente mit oder ohne GPC/ SEC-Trennung ermittelten Molekulargewichtswerte haben wird, ist falsch. Da dn/dc ein quadrierter Term in der Debye-Konstante der Zimm-Gleichung ist, führt jeder Fehler bei der Bestimmung von dn/ dc zu erheblichen Fehlern bei der Molekulargewichtsbestimmung. Darüber hinaus ist die genaue Bestimmung von dn/dc im Rahmen einer GPC/SEC-Anwendung äusserst nützlich, um die Massenbilanz der Trennung zu berechnen und somit das Vorhandensein von Ab-

sorption auf der Säule festzustellen, was wiederum die berechneten Ergebnisse negativ beeinflussen kann. Das dn/dc-Differenzialrefraktometer der HK-Serie ist ein flexibles Gerät, das entweder im statischen

Ein Service Center für Mikropipetten und Dispenser

oder im dynamischen Modus verwendet werden kann. Im statischen Modus kann der spezifische Brechungsindex (dn/dc) von gelösten Proben einfach und präzise in wenigen Minuten bestimmt werden. Vorteilhaft ist, dass das neue

System eine grosse Anzahl von Wellenlängenoptionen bietet, die eine präzise Anpassung an die Betriebswellenlänge des Lasers Ihres Lichtstreudetektors ermöglichen und so stets zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse gewährleisten. Ist der dn/dc-Wert der Probe bereits bekannt, kann das Differenzialrefraktometer der HK-Serie dn/ dc zur präzisen und empfindlichen Konzentrationsbestimmung eingesetzt werden. Die dafür verwendete Probenmenge kann zudem leicht wiedergewonnen und somit für weitere Untersuchungen genutzt werden.

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innert 48 Stunden beim «Express Service» – am Firmensitz in Ecublens/VD durchgeführt. Bevollmächtigt vom Schweizer Kalibrations-Service (SCS) des Bundesamts für Metrologie und Akkreditierung, führt das Socorex Service Labor Kalibrationen gemäss ISO 17025 durch und stellt international akkreditierte, von allen Ilac-Mitgliedern anerkannte, Zertifikate aus. Regelmässige Revision und Kali brierung verlängert die Lebensdauer von Mikropipetten und Dispensern.

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Wir vertreiben und bieten Service für Zentrifugen der folgenden Marke:

Will & Hahnenstein GmbH D-57562 Herdorf Tel. +49 2744 9317 0 Fax +49 2744 9317 17 info@will-hahnenstein.de www.will-hahnenstein.de

PT, MT, LT, RT, VT, UT

Ihr Spezialist für Anlagen und Prüfmittel für die ZfP Helling GmbH  Spökerdamm 2  D‐25436 Heidgraben Tel.:+49 4122 9220  www.helling.de  info@helling.de

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W Ä R M E - U N DSuccursale Suisse Romande (Canton de Vaud) T R O C K E N S C HTél.R+41Ä44N786K80E26

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LIEFERANTENVERZEICHNIS

Liquidhandling Spektrophotometrie Zentrifugation Sicherheitswerkbänke info@liquitec.ch www.liquitec.ch

CH-4460 Gelterkinden Tel. +41 (0)61 981 66 33

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Das Lieferantenverzeichnis Rund um die Uhr – auch online zu erreichen www.chemiextra.com

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Extra

2022 Verlag und Redaktion wünschen allen Lesern und Kunden frohe Festtage, Zeit zur Entspannung und viele Lichtblicke im kommenden Jahr!

Aus der Praxis für die Praxis! www.chemiextra.com