ChemieXtra 3/2022 by SIGWERB GmbH

3 / 2022

März 2022

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

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EDITORIAL

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Die Sache mit der Forschung Bis vor kurzem waren es zwei grosse Aufgabenbereiche für die ganze Menschheit: die Klimaerwärmung und die Pandemie. Nun, die Pandemie scheint sich, wenn auch nur langsam, abzuschwächen. Dafür haben wir jetzt Krieg, den wir nicht verursacht haben, der aber unser Leben auf vielfache Weise betreffen wird. Die beiden anderen Themen sind dadurch aber nicht weg. Wenn alles gut verläuft, werden wir die Pandemie überstehen, wir lernen gerade mit ihren Viren zu leben. Die Klimaerwärmung können wir immer weniger ignorieren. Zu offensichtlich sind ihre Auswirkungen. Selbst die Politik kann das Thema nicht mehr unter den Teppich wischen. Nun zeichnet es aber die Menschheit aus, dass sie ständig forscht, um Probleme anzugehen und zu lösen. Einer dieser Ansätze ist die Reduktion von Treibhausgasen, im Speziellen des CO2. Man bietet viel Kraft auf, nach Lösungen zu suchen, das heisst, es gibt kaum eine Forschungsrichtung, die sich nicht in irgendei ner Weise darum kümmert. Seit längerem steht der Wasserstoff im Fokus, indem man dieses Gas zusammen mit Brennstoffzellen als Ersatz für Verbrennungsmotoren verwendet. Zu verführe 2H2O, es bleibt nur Wasser. Dabei werden viele risch ist die Formel 2H2+O2 Forschungsresultate addiert und man konstruiert daraus eine Lösung. Vor allem die Politik und die Medien nehmen sich des Themas an und propagieren es. Bei genauerer Betrachtung werden viele «Aber» sichtbar. Sie resultieren, wie meist bei solchen Überprüfungen, aus einfachen Regeln und Gesetzen. Beim Wasserstoff entstammen diese mit der Thermodynamik vor allem der Physik. Man kann nicht einfach von Erdgas auf Wasserstoff schliessen, denn die Gase sind Gesetzen unterworfen. So stellt sich heraus, dass mit dem jetzigen Stand der Forschung Wasserstoff nicht der Heilsbringer sein kann. Das ist eben die Krux mit der Forschung. Sie ist neutral, wird aber durch äussere Interessen instrumentalisiert. Dies braucht nicht negativ zu sein, die Pharmafor schung etwa hat der Menschheit viel Gutes gebracht. Wenn aber die Politik dahin tersteht, ist Vorsicht geboten. Zu schnell werden Scheinlösungen präsentiert, die am Thema vorbeigehen und meist nur Besitzstandwahrung anstreben. Man hat beschlossen, die Atomkraft nicht mehr zur Energiegewinnung zu gebrauchen und sucht Ersatz dafür. Die Atomforschung ist die teuerste Forschung, welche die Menschen je hervorgebracht haben, leider auch durch die Rüstungsindustrie. Wenn nur ein Bruchteil dieser Forschung auf die nachhaltige Energieforschung übergehen würde, mit Geld und Manpower, könnten wir vielleicht bereits einige Schritte weiter sein und bräuchten nicht falsche Heilsbringer zu fördern.

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

FOKUS

Mit falschen Versprechungen in die Krise

Gegenwärtig herrscht ein regelrechter Hype um den grünen Wasserstoff. Nicht nur die Fachwelt, sondern auch die Politik will grosse Potenziale in diesem Energieträger erkennen. Doch taugt das leichte Gas wirklich als Gamechanger in der Klimakrise?

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. Als prototypisches Beispiel demonstriert die Gruppe einen Ethanolsensor.

CHEMIE

Weshalb Phagen Antibiotikaresistenzen fördern

Vor dem Einsatz in der Produktion testet die Merck KGaA neue Industrie-4.0-Technologien in der Trinkwasserspeicherung ihres Werks in Darmstadt.

26 Bakterienbefallende Viren könnten eines Tages Antibiotika ersetzen, weil sie präzise nur bestimmte Krankheitserreger angreifen. Forschende zeigen nun aber, das dem nicht immer so ist.

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

Erscheinungsweise 7 × jährlich Jahrgang 12. Jahrgang (2022) Druckauflage 8700 Exemplare

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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 Internet www.chemiextra.com

Alexander Jegge a.jegge@sigwerb.com

Geschäftsleiter Andreas A. Keller

Redaktionelle Mitarbeit Dr. Kurt Hermann

PUBLIREPORTAGE

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

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

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FIRMEN BERICHTEN Trinkwasseranlage als Testszenario für das IIoT

Die Industrie liebäugelt schon lange mit diesem vielversprechenden Material. Obschon die grosse Massenproduktion noch ausgeblieben ist.

BIOWISSENSCHAFTEN

MEDIZIN Was die Bindung von Wirkstoffen beeinflusst

Was MOFs so besonders macht

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

VERANSTALTUNG

Powtech 2022 findet einen Monat später statt

FORSCHUNGSWELT

Schweizer CEOs sind optimistisch

Schweizer CEOs geben sich optimistisch, dass die Weltwirtschaft in den nächsten zwölf Monaten wachsen wird.

Auf der Suche nach Quantenbits

44 Forschende haben am Paul-Scherrer-Institut (PSI) die Elek tronenverteilung unter der Oxidschicht zweier Halbleiter verglichen. Die Untersuchung ist Teil der Entwicklung besonders stabiler Quantenbits.

UMWELT Wie Klima und Hochwasser zusammenhängen

Ein neues, an der Empa entwickeltes chemisches Verfahren macht aus Baumwolle ein schwer entflammbares Gewebe, das trotzdem die hautfreundlichen Eigenschaften von Baumwolle behält.

Die Digitalisierung von Prozessen kann gelingen. Nach wie vor bleibt es aber eine Kunst, den IT-Spezialisten in seiner Vorstellungswelt abzuholen und in die Geheimnisse einer konkreten Anlage einzuweihen.

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Gemeinsam sicher und stabil

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Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

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Das sichere und kontaminationsarme Handhaben und Verwiegen von Substanzen ist sowohl im Labor als auch in der Herstellung und Entwicklung von pharmazeutischen Produkten und in der Chemischen Industrie ein elementarer Prozessschritt.

MANAGEMENT

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F okus

Wasserstoffwirtschaft verhindert die Energiewende

Mit falschen Versprechungen in die Krise Gegenwärtig herrscht ein regelrechter Hype um den grünen Wasserstoff. Nicht nur die Fachwelt, sondern auch die Politik will grosse Potenziale in diesem Energieträger erkennen. Doch taugt das leichte Gas wirklich als Gamechanger in der Klimakrise? Ulf Bossel, promovierter Maschinenbauingenieur und Berater für nachhaltige Energielösungen, regt im folgenden Gastbeitrag zum Nachdenken an und warnt vor blinder Euphorie. Die Folgen einer Wasserstoffwirtschaft wären verheerend.

PhD. Ulf Bossel ¹ In vielen Hauptstädten, so auch in Berlin und Brüssel, werden Programme zur Realisierung einer Wasserstoffwirtschaft ohne ausreichende Berücksichtigung von physikalischen Zusammenhängen und technischen Grenzen formuliert. Offensichtlich hat der von Wasserstoffbefürwortern verbreitete Hype auch die politischen Kreise erreicht. Zu faszinierend ist die Idee, Wasserstoff zum universellen Energieträger zu machen, mit dem man alles antreibt, was sich bewegen soll, Gebäude heizt und überall vor Ort bedarfsgerecht Strom erzeugt. Auch mich hat der Braunschweiger Professor Eduard Justi 1976 für eine Wasserstoffwirtschaft begeistern können. Um die Jahrtausendwende habe ich jedoch die Energiebilanz einer Wasserstoffwirtschaft kritisch analysiert und ernüchternde Ergebnisse erhalten. Mit dem Strom, der für die gesamte Wasserstoffkette insgesamt benötigt oder dabei verschwendet wird, lässt bei einer direkten Verteilung wesentlich mehr machen. Ich habe 2002 die Energiebilanz der Wasserstoffkette detailliert analysiert und diese mit dem Titel «The Future of the Hydrogen Economy: Bright or Bleak?» 2002 in englischer Sprache präsentiert und publiziert. Eine gekürzte Fassung meiner Arbeit ist 2010 unter «Wasserstoff löst keine Energieprobleme» von der Leibniz Gesellschaft ins Netz gestellt worden (www.leibniz-institut.de/archiv/ bossel_16_12_10.pdf). Die Ergebnisse meiner Analyse sind in Bild 2 vereinfacht dargestellt. ¹ Berater für nachhaltige Energie lösungen

Bild 1: Ein moderner Wasserstofftank. (Bild: Shutterstock)

Nachhaltige Mobilität: Fehlanzeige Beispielsweise kann man vier Elektromobile mit dem Strom betreiben, der für die Wasserstoffversorgung eines baugleichen Brennstoffzellenautos benötigt wird. Mit Strom fährt man viermal weiter als mit Wasserstoff, oder benötigt für 100 km lediglich 18 statt 72 kWh (Bild 3). Die Verhältnisse verschlechtern sich weiter, wenn der Wasserstoffstrom importiert wird. Mit einheimischem Strom (hier im Beispiel für Deutschland) könnte man mit 18 kWh 100 km zurücklegen. Mit importiertem australischem Wasserstoff würde man für die gleiche Strecke insgesamt 100 kWh benötigen. Inzwischen ist auch die Klimaerwärmung durch Kohlendioxid dazugekommen. Ich habe meine Modellrechnungen von damals erweitert und erhalte ein sicherlich schockierendes Ergebnis für den importierten Wasserstoff (Bild 3). Das CO2

wird zum überwiegenden Teil von den Tankschiffen emittiert, die nicht mit sauberem Wasserstoff angetrieben werden können, weil die transportierte H2-Liefermenge gerade für Hin- und Rückfahrt reichen würde. Die Verwirklichung der Energieund Klimawende ist mit einer Wasserstoffwirtschaft nicht möglich. Wasserstoff ist bekanntlich keine Energiequelle, sondern ein künstlich mithilfe von Strom aus Wasser hergestellter Energieträger. Der vorwiegend von Sonne, Wind und Co. geerntete grüne Strom soll in Form von Wasserstoff verteilt und im Endbereich der Energienutzung wieder in Strom zurück verwandelt, beziehungsweise thermisch und chemisch genutzt werden. Er kann auch als Medium zur Energiespeicherung dienen. Die technischen Möglichkeiten sind vielfältig und faszinierend. Im Vergleich zu Erdgas bietet er klimafreundlichere Optionen für fast alle Sektoren der Ener3/2022

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gienutzung. Das motiviert nicht nur heranwachsende Ingenieure immer von neuem. Nach einigen Jahren der Begeisterung folgt jedoch die Ernüchterung. Wenn man sich mit den energetischen Aspekten einer Wasserstoffwirtschaft zu beschäftigen beginnt, wird schnell klar, dass sich die Energiezukunft nicht mit Wasserstoff gestalten lässt, denn Wasserstoff ist keine «unendliche» Energiequelle, sondern lediglich ein Energieträger. Mit der Umwandlung von grünem Strom in das Transportmittel Wasserstoff kann die Energieversorgung ebenso wenig gelöst werden wie die Wasserversorgung in der Sahelzone mit der Verteilung von Eimern. Obgleich die technische Basis für eine Wasserstoffwirtschaft seit Jahrzehnten bekannt ist, folgt die Begeisterung für Wasserstoff einem Zyklus von etwa 20 Jahren. Ich habe vier solche Wellen zwischen 1960 und 2020 erlebt und mich 1980 ebenfalls begeistern lassen. Diese Schübe folgen nicht neuen Erkenntnissen, sondern sind vermutlich mit dem Lernprozess nachwachsender Generationen verbunden. Offenbar braucht es zehn Jahre, bis der anfangs faszinierte Einsteiger erkannt hat, dass sich die Energieversorgung nicht mit Wasserstoff sichern lässt. Dann folgen weitere zehn Jahre, bis diese Erkenntnisse wieder vergessen sind. Anders lassen sich die Euphoriewellen nicht erklären, denn der fundamentale Energieerhaltungssatz behält auch für den künstlich hergestellten Energieträger ewige Gültigkeit. Für die Herstellung von Wasserstoff wird viel mehr Energie benötigt als jemals wieder zurückgewonnen werden kann, gleich wie man es macht. Erdgas, das mit vertretbarem Energieaufwand gefördert, gereinigt und verteilt werden kann, ist eine natürliche Energiequelle, also ein positiver Posten in der Energiebilanz. Der künstlich hergestellte Wasserstoff steht aber immer in der negativen Spalte. Mit Wasserstoff lässt sich das Energieproblem nicht lösen, auch wenn die Farbe Grün eine gute Klimabilanz verspricht.

Von der Wiege bis zur Bahre Vermutlich fehlt diese Erkenntnis oft und vor allem bei der politischen Diskussion, die mit der Verknüpfung von technischen Lösungen begeistert, aber energetische Zusammenhänge nicht umfassend wür3/2022

digt. Man behandelt Wasserstoff vereinfacht als ein Gas, das wie Erdgas komprimiert oder verflüssigt, in Pipelines, Tanklastwagen oder Tankschiffen transportiert, in Tanks oder Kavernen gelagert und problemlos verteilt und genutzt werden kann. Die physikalisch bedingten Unterschiede werden nicht wahrgenommen. Wasserstoffmoleküle mit einem Molekulargewicht von zwei verhalten sich ganz anders als die achtmal schwereren Erdgasmoleküle. Deshalb unterscheiden sich Energiebilanzen «von der Wiege bis zur Bahre» von Wasserstoff und Erdgas erheblich. In der allgemeinen Diskussion werden In der Regel nur technische Details der Wasserstoffwirtschaft dargestellt. Unbewusst, oft aber auch bewusst, verzichtet man auf die Präsentation einer Energiebilanz und auf eine Diskussion der energetischen Fakten und die sich daraus ergebenden Konsequenzen. Hier nur einige Beispiele, die zum grossen Teil aus meiner Analyse «Wasserstoff löst keine Energieprobleme» stammen. Ein Liter verflüssigtes Erdgas hat einen Energieinhalt von 13,7 kWh. Im gleichen Volumen haben aber nur 2,36 kWh Flüssigwasserstoff Platz. Für die Verflüssigung von 1 kg Erdgas bei minus 104 °C werden 10 bis 20 %, für die Verflüssigung von 1 kg Wasserstoff bei minus 253 °C jedoch 30 bis 40 % des jeweiligen Brennwerts benötigt. Man preist die hohe gewichtsbezogene Energiedichte von Wasserstoff und vergisst, dass ein Kilogramm Wasserstoff unter Normalbedingungen 11 m3 Raum benötigt. Bei Erdgas sind es lediglich 2,5 m3. Bei gleichem Druck lässt sich in einem Tank 4,3-mal mehr Energie mit Erdgas als mit Wasserstoff speichern. Der Energietransport in Pipelines erfordert für Wasserstoff 1,4-mal mehr Energie als für Erdgas. Der Energiebedarf für die Kompression von Wasserstoff ist achtmal grösser als für Erdgas. Ein mit Benzin gefüllter Tanklastwagen liefert gleichviel Energie wie 20 Wasserstofflaster, von denen jeder bei 40 Tonnen Gesamtgewicht gerade einmal 250 kg Wasserstoff bei 250 bar transportieren kann. Inzwischen wird Wasserstoff mit 900 bar transportiert. Die ersparte Transportenergie entspricht etwa dem Mehraufwand für die Kompression. Für eine Verteilung von grünem deutschem Strom mit Wasserstoff müssen für Deutschland viermal mehr Windkraft oder Solaranagen ge-

Bild 2: Energiekaskade für Wasserstoff im Vergleich zur direkten Stromlieferung. (Grafik: Ulf Bossel)

baut werden als bei einer direkten Nutzung der geernteten Elektrizität. Bei aus Australien importiertem Wasserstoff liegt der Faktor bei fast sieben (Bild 3). Diese Beispiele verdeutlichen, dass Wasserstoff kein guter Energieträger ist.

Eine «Elektronenwirtschaft» führt schneller zum Ziel In der auf technische und wirtschaftliche Machbarkeit gerichteten Diskussion wird Wasserstoff in fahrlässiger Vereinfachung als Gas betrachtet, das Erdgas ersetzt. Man spricht von einer Nutzung des bestehenden Gasnetzes und vergisst, dass hierfür nicht nur Elektrolysestationen, sondern auch Kompressoren, Verflüssigungsanlagen, Pipelines, Speicherbehälter, Ventile, Mess- und Regeltechnik sowie andere Gasbrenner benötigt werden. Die bestehenden Erdgasnetze und die installierte Technik müssen grundlegend überarbeitet werden. Das kosten nicht nur viel Geld und vor allem viel Zeit, die wir angesichts der drohenden Klimakatastrophe nicht mehr haben. Ein riesiger und völlig unnötiger Aufwand mit Verpflichtungen für kommende Generationen. Für die Lieferung des in Deutschland geernteten grünen Stroms besteht ein ausgebautes Netz. Mit geringen organisatorischen Veränderungen und einigen technischen Anpassungen kann der Verkehr kostengünstig mit Strom versorgt werden. Eine für alle Zeiten optimierte «Elektronenwirtschaft» ist wesentlich schneller zu schaffen als der Umstieg auf einen neuen Energieträger (Bild 4). Die Darstellung lässt erahnen, weshalb der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft so grosse Zustimmung findet. Es gibt viel zu tun für Forschung, Entwicklung 5

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Bild 3: Für 100 km Fahrtstrecke benötigter grüner Strom aus der Perspektive Deutsch lands. Ein Batterieauto benötigt wesentlich weniger Energie oder fährt viel weiter als ein vergleichbares Fahrzeug mit Wasserstoff und Brennstoffzelle. (Grafik: Ulf Bossel)

Bild 4: Beispiel Deutschland: Spezifische In vestitionen für in Deutschland hergestellten grünen Strom. Vergleich von direkter Strom lieferung mit indirekter Lieferung als Wasser stoff für vergleichbare Strassenfahrzeuge. (Grafik: Ulf Bossel)

und Industrie – und der Staat bezahlt. Während die Umstellung auf Wasserstoff ein Generationenprojekt ist, kann der elektrische Weg in wenigen Jahren abgeschlossen werden, also noch rechtzeitig zur Verhinderung einer Klimakatastrophe.

Ohne Energie- und CO2-Bilanzen Offenbar haben Berlin und Brüssel erkannt, dass eine Wasserstoffwirtschaft mehr Energie verschlingt als in Mitteleuropa geerntet werden kann. Deshalb wird jetzt die Gewinnung von Wasserstoff in sonnenreichen Gegenden ins Spiel gebracht. Die mit Australien unterzeichnete Absichtserklärung lässt vermuten, dass Deutschland weder die Energiebilanz noch die Klimabilanz des Vorhabens geprüft hat. Die Fakten sind, höflich gesagt, ernüchternd. Der grösste Flüssiggastanker der Welt «Mozah» kann 266 000 m3 oder 6

etwa 120 000 Tonnen Flüssiggas laden. Mit flüssigem Wasserstoff gefüllt beträgt die Nutzlast lediglich 18 600 Tonnen. Für die Rundreise von Hamburg nach Brisbane und zurück (28 000 km) werden etwa 35 000 Tonnen Dieselkraftstoff (tatsächlich dreckiges Bunkeröl) benötigt. Die in Hamburg mit dem flüssigen Wasserstoff angelandete Energiemenge ist nur etwa doppelt so gross wie die benötige Transportenergie. Ein Betrieb solcher Tanker mit Wasserstoff wäre kaum möglich, weil die zweite Hälfte der Ladung für die Rückfahrt des Tankers nach Brisbane benötigt würde. Der CO2-Ausstoss des Tankers ist immens. Durch Umstellung auf Wasserstoffautos könnten die globalen CO2-Emissionen nur unwesentlich verringert werden. Mit Wasserstoff im Strassenverkehr wird die Luft also nur etwas sauberer. Die Gesamtenergiebilanz verschlechtert sich weiter. Um eine Energieeinheit auf deutsche Strassen zu bringen, werden für australischen Wasserstoff etwa sieben Energieeinheiten benötigt: WasserBeschaffung (problematisch in sonnenreichen Gegenden) und Aufbereitung (9 kg Wasser je kg Wasserstoff), Elektrolyse, Betrieb der Solaranlage, Kompression und Beförderung bis zur Verflüssigungsanlage, Verflüssigung, Landtransport des Flüssigwasserstoffs bei minus 253 °C zum Tankschiff, Umfüllung, Seetransport nach Hamburg mit kontinuierlicher Nachkühlung, Abladen in Hamburg, Verteilung über Strasse, Bahn oder Pipelines, Umfüllen in die 30-bar-Tanks der Wasserstofftankstellen, Kompression auf 900 bar für Befüllung von Fahrzeugen sowie dem notwendigen Strombedarf für den Betrieb der gesamten Lieferkette. Mit der H2-Ladung eines einzigen Supertankers können etwa 87 000 mit Brennstoffzellen ausgestattete Fahrzeuge 20 000 km pro Jahr zurücklegen. Für den Betrieb aller deutschen Personenwagen mit australischem Wasserstoff müssten etwa 450 Tankschiffe ständig zwischen Hamburg und Australien unterwegs sein.

Energiespeicherung Mit Wasserstoff kann man Sommerstrom für die Wintermonate speichern. Auch in diesem Fall können selbst bei effizienter Rückwandlung mit Brennstoffzellen vom grünen Primärstrom nur etwa 20 % dem

Endverbrauch zugeführt werden. Wegen der geringen volumetrischen Energiedichte von Wasserstoff werden riesige Speichertanks für Hochdruck- und riesige Kavernen für Niederdruck-Speicherung benötigt. Auch synthetisch hergestellte Flüssigkeiten (Liquid Organic Hydrogen Carriers = LOHC) oder Gase (Methan) sind im Gespräch. Bei diesen Stoffen sinkt der Gesamtwirkungsgrad weiter auf unter 10 %. Zurzeit wird nachgedacht. Wirtschaftliche Lösungen sind noch keine in Sicht. Zuerst muss der Energiebedarf im Winter durch Gebäudeisolation und einige organisatorische Massnahmen drastisch gesenkt werden, damit eine saisonale Speicherung überhaupt machbar wird.

Fazit Die Energiewende könnte so einfach und klimaschonend mit lokal geerntetem Strom, hoher Effizienz und kleinen Veränderungen der bestehenden Stromverteilung gestaltet werden. Mit einer Wasserstoffwirtschaft wird die dringend notwendige Energie- und Klimawende nicht zu verwirklichen sein. Wir haben Energie- und ein Umweltprobleme sofort zu lösen und sollten uns die wissenschaftliche Auffrischung von Altbekanntem ersparen, und vor allem Fehlinvestitionen vermeiden in eine Zukunft, die man schon bald als Sackgasse erkennen wird. Alle wesentlichen Kenntnisse und Verfahren für die Schaffung einer «Elektronenwirtschaft» sind vorhanden. Nur fehlt der politische Wille zum pragmatischen Einstieg in die Zukunft. Weshalb so kompliziert, wenn es auch einfach geht?

Kontakt Ulf Bossel PhD. (UC Berkeley), Dipl. Masch. Ing. (ETH Zürich) Berater für nachhaltige Energielösungen Morgenacherstrasse 2F CH-5452 Oberrohrdorf +41 56 496 72 92 ubossel@bluewin.ch www.leibniz-institut.de/archiv/bossel_16_12_10.pdf

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Ein Material mit Potenzial

Was MOFs so besonders macht Seit der Jahrtausendwende wächst die Zahl der veröffentlichten Publikationen zu metallorganischen Gerüstver bindungen («metal-organic frameworks», MOFs) unaufhörlich. Das wissenschaftliche Interesse scheint nicht abzuflachen. Auch die Industrie liebäugelt mit dieser vielversprechenden chemischen Verbindung. Obschon die grosse Massenproduktion noch ausgeblieben ist, geben sich viele sicher: Ihre grosse Stunde wird schon noch schlagen.

Roger Bieri In der stofflichen Welt gilt eine verblüffend einfache Faustregel: Die Struktur eines Moleküls verrät uns sofort, wozu die Verbindung in der Lage ist. Bei den metallorganischen Gerüstverbindungen («metalorganic frameworks», MOFs) verhält es sich nicht anders. Etwa 2 Gramm dieses Materials verfügen über eine Gesamtoberfläche, die mindestens so gross ist wie ein Fussballfeld. Das Potenzial dieser hochporösen Moleküle lässt sich nur schon durch diesen Vergleich erahnen.

Bekannt für seine Gastfreundschaft Als Entdecker der MOFs gilt der Chemiker Omar M. Yaghi. 1995 veröffentlichte er zusammen mit seinem Team den ersten stabilen MOF in der Fachzeitschrift «Nature»: An das Metallzentrum Co(II) koordiniert mehrfach die organische Verbindung Trimesinsäure (BTC) in ihrer deprotonierten Form. So gesehen, handelt es sich um eine gewöhnliche Komplexverbindung mit BTC als Liganden. Was macht nun aus diesem Komplex ein MOF? Ein einzelner Ligand verbindet sich gleich mit mehreren Metallzentren und diese wiederum gehen mit neuen Liganden weitere Verbindungen ein: Ein zweidimensionales Metall-Ligand-Netzwerk entsteht. Dieser zusammengewobener Teppich aus Komplexverbindungen wird vertikal erweitert: Ein zusätzliches Molekül, in diesem Fall Pyridin, verknüpft nun diese metallorganischen Schichten miteinander, indem es sich mit den Metallen verbindet. Wie bei einem Hochhaus werden so Stockwerk für Stockwerk aufeinandergestapelt. Zwischen jeder Etage dieser Metall-Ligand3/2022

Bild 1: Die Chemikerin oder der Chemiker kann die Eigenschaften von MOFs bis ins kleinste Detail modifizieren. (Bild: Paolo Falcaro und Dario Buso, CSIRO, CC BY 3.0)

Netzwerke bilden sich grosse Hohlräume. Dank diesen weisen MOFs eine so hohe spezifische Oberfläche auf und können «Gastmoleküle» empfangen, speichern und wieder freigeben, ohne dass die wabenartige Struktur der MOFs verloren geht. Und genau das haben Yaghi und sein Team in dem «Nature»-Paper gezeigt. Sie konnten das metallorganische Gerüst mit Molekülen beladen und entladen, ohne dass die Struktur der MOFs in sich zusammengebrochen wäre.

Molekulare Legosteine Solche Eigenschaften sind allerdings nichts neues in der Chemie. Gerade die Stoffklasse der Zeolithe zeichnet sich durch ihre hohe spezifische Oberfläche aus. Doch MOFs sind aus chemischer Sicht trickreicher. Da das Gerüst aus organi-

Bild 2: Omar M. Yaghi lehrt und forscht an der University of California in Berkeley. (Bild: Boasap, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

schen Liganden besteht, lässt sich das Gebilde nämlich «dehnen» oder «verdichten». Auch die Bestandteile des Materials lassen sich variieren. Ein anderes Metallzentrum 7

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Themengebiet

Konkrete Anwendungsbereiche

Energie und Mobilität

Gasspeicherung, Latentwärmespeicher

Stofftrennung

Chromatographie, Gasreinigung, Trennverfahren (z. B. CO2)

Katalyse

Photokatalyse, enantiosekeltive Katalyse, heterogene Molekularkatalysatoren

Sensorik

Raumluftqualität, optische Sensorik, Schwellenwertsensorik

Tabelle 1: Eine grobe Übersicht der Themengebiete, in welchen MOFs nützlich sein können. (Quelle: Positionspapier «Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs)», Dechema und VDI)

oder andere organische Liganden mit neuen funktionellen Gruppen lassen sich integrieren. Die Chemikerin oder der Chemiker kann also die Eigenschaften der MOFs bis ins kleinste Detail modifizieren.

Industrie zeigt waches Interesse 1999 stellten Yaghi und sein Team einen neuen Rekord auf. Sie synthetisierten ei-

nen MOF, der so löchrig ist wie kein Stoff vor ihm. Sie nannten das neue Material MOF-5 (Zn4O(BDC)3) und es sollte das bekannteste und am besten untersuchte MOF werden. MOF-5 (Bild 3) weist eine massenbezogene spezifische Oberfläche von ungefähr 3000 m2/g auf. Es dauerte nicht lange und die Fachwelt wurde hellhörig. Ein Material, das über eine höhere Adsorptionsfähigkeit

pro Masse verfügt als Zeolith und sich zusätzlich wie ein Baukasten ganz präzise zusammenstellen lässt, imponiert. Die technischen Potenziale, die in diesen Materialien schlummern, sind offensichtlich. So kam es, dass auch die Industrie ein reges Interesse an diesen Verbindungen zeigte: allen voran die BASF. Der deutsche Konzern soll rund 2,5 Prozent aller MOF-Patente erworben haben. Kein anderes Unternehmen oder Organisation besitzt so viele MOF-Patente wie die BASF. Unter dem Markennamen «Basolite» produziert und verkauft der Konzern kleine Mengen unterschiedlicher MOFs.

Hoffnungsträger oder Zeitverschwender? Doch wem dienen nun die MOFs – ausser forschungseifrigen Chemikern? Wofür kann man sie konkret anwenden? Mögliche Einsatzbereiche gibt es viele (siehe Tabel le 1). Angestellte der BASF arbeiten zum

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Fragt man allerdings den Entdecker der MOFs Professor Yaghi, was er von den «weltrettenden» Möglichkeiten dieser chemischen Verbindung hält, so räumt er ein, dass ihm eigentlich immer nur die Schönheit der Moleküle und nicht etwa ihr Potenzial interessiert habe. Was natürlich nicht heisst, dass er die Möglichkeiten dieser molekularen Legosteine nicht schätzen würde.

Wo bleibt der «Durchbruch»? MOFs werden bis heute noch nicht massenhaft produziert. In bestimmten Ni-

schenbereichen haben sich diese speziellen Verbindungen bereits festgesetzt. Nach Einschätzungen von Prof. Jürgen Caro, der sich schon seit Jahren mit MOFs beschäftigt, werde die Kommerzialisierung der MOFs in kleinen Schritten voranschreiten, wie er in einem Review schreibt. Zuerst werden die Moleküle Bereiche wie Gasspeicherung oder Anwendungen in der Sensorik erobern. Je erfolgreicher sich diese MOFs dann zeigen, desto eher werden sie im grösseren Massstab in der Trenntechnik oder Katalyse eingesetzt.

Bild 3: Die Struktur von MOF-5 mit acht «Po ren» (braune und gelbe Kugeln), die Platz für Gastmoleküle in der Grössenordnung von etwa 10 Å (10 –9 m) liefern. An das Zn(II)Metallzentrum (im Zentrum der blauen Pyra mide) binden Terephthalatliganden (BDC) mit ihren Sauerstoffatomen (rot). Die Ligan den erweitern als sogenannte Linker das metallorganische Gerüst. (Bild: Tony Boehle, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

Beispiel seit Jahren an MOFs, die in der Lage sein sollen, Unmengen an Erdgas in kleinstem Raum zu speichern. Diese MOFs können dann in Tanks von Erdgas-Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Prototypen gibt es bereits. Auch für andere Gase können MOFs als Zwischenspeicher dienen, da sie schliesslich die Speicherkapazität erhöhen (hohe Energiedichte) und dadurch die Energieeffizienz steigern und Kosten senken. Es ist also gut nachvollziehbar, dass die BASF Methangas für den Einsatz im Automobilbereich mittels MOFs speichern möchte. Wegen der grosszügigen Aufnahmefähigkeit der MOFs von Gastmolekülen sind sie prädestiniert für allerlei Trennverfahren in der Industrie. In einem neueren Projekt sammeln Forschende gar Wasser aus der Luft in Wüstengebieten, um dieses kostbare Gut schliesslich als Trinkwasser aufzubereiten. Man könnte auch die Emission von Treibhausgasen direkt reduzieren, indem MOFs das CO2-Gas aufnehmen. Oder indirekt, indem sie Energie reduzieren, wenn sie weniger effiziente Trennverfahren in der Industrie ersetzen. MOFs sind also Stoffe, die dabei helfen könnten, «den Planeten zu retten», wie einige junge Wissenschaftler in der Fachzeitschrift «Angewandte Chemie» tatsächlich zu formulieren wagten. 3/2022

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Chemiker Nuno Maulide von der Universität Wien. (Bild: Universität Wien)

Aminsynthese aus einfachen Bausteinen

Ein Pfad in Richtung nachhaltiger Chemie Die Chemie sucht heute verstärkt nach Wegen, molekulare Verbindungen umweltfreundlich und nachhaltig herzustellen. Ein Team um Chemiker Nuno Maulide von der Universität Wien hat nun eine neue Methode vorgestellt, mit der die Forschenden diverse Amine – u. a. wichtige und begehrte Verbindungen für die Medika mentenproduktion – «grüner» synthetisieren können. Die Arbeit erschien in der Fachzeitschrift «Angewandte Chemie».

«Man findet Amine in fast 50 Prozent aller pharmazeutischen Produkte», sagt Carlos Goncalves, Erstautor der Studie. Die nun vorgestellte Methode erlaubt es, die wertvollen Amine aus einfachen Alkenen zu synthetisieren.

Alkene als Ausgangsverbindungen Alkene kommen zuhauf in der Natur vor. Ihre chemische Transformation eröffnet daher potenziell die Möglichkeit, chemische Bausteine nachhaltig zu produzieren und dadurch Forschungsbereiche wie Medikamentenentwicklung zu unterstützen. «Alleine in diesem Jahrhundert wurden schon drei Nobelpreise für verschiedene Aspekte der Chemie von Alkenen vergeben», sagt Nuno Maulide, Leiter des Institutes für Organische Chemie. «Alkene sind eine privilegierte Stoffklasse und ihre Che10

mie wird auch weiterhin neue Entwicklungen in der Synthese wertvoller Stoffe ermöglichen.»

Ohne Zusatzstoffe Die von der Maulide-Gruppe entwickelte Methode benötigt keine Metallkatalysatoren und auch keine toxischen Reagenzien. «Mit diesem Prozess können neben den Aminen auch beispielsweise Trifluormethylgruppen – ebenso im pharmazeutischen Kontext begehrte Strukturelemente– eingebaut werden», sagt Maulide. Veronica Tona, Co-Studienautorin und ehemalige Doktoratsstudentin in der Forschungsgruppe bekräftigt: «Wir sind auch in der Lage, Aminosäuren und deren Derivate direkt aus Alkenen herzustellen – ein ungemein wertvoller Prozess.» Maulide ergänzt: «Auf lange Sicht scheinen die Möglichkeiten mit dieser Chemie fast end-

Prominente Beispiele für Moleküle mit der funktionellen Gruppe der Alkene. (Bild: Mau lide Group)

Seit dem 19. Jahrhundert ist bekannt, dass Amine unter anderem biologische Funktio nen besitzen. (Bild: Maulide Group)

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C hemie

Mit dem von den Forschenden entwickelten Prozess können neben den Aminen auch beispielsweise Trifluormethylgruppen – ebenso im pharmazeutischen Kontext begehrte Strukturelemente – eingebaut werden. (Bild: Maulide Group)

los. Wir haben bereits Kooperationen mit führenden internationalen Aminproduzenten ins Leben gerufen und fiebern der Möglichkeit entgegen, unseren Prozess im Kilogramm- oder gar Tonnenmassstab ausprobieren zu können.»

Amine sind überall Seit dem 19. Jahrhundert ist bekannt, dass Amine unter anderem biologische Funktionen besitzen. Sie werden z. B. routinemässig als Farbstoffe, Nahrungszusatzstoffe und Pharmazeutika verwendet. Manche Amine sind auch psychotrope Substanzen – von LSD bis zu Mescalin. «1919 wurde Mescalin zum ersten Mal synthetisch hergestellt, und zwar an unserem Institut. Man kann also sagen, dass Wien eine enge Beziehung zu Aminen hat», erzählt Maulide. «Nachhaltigkeit ist heutzutage wichtiger denn je und es ist Aufgabe der Synthesechemie, hier eine Führungsrolle einzunehmen», so Maulide. Der Pfad in Richtung des Ideals der «Grünen Chemie» baut auf der Fähigkeit von Chemikerinnen und Chemikern auf, einfache (und nachhaltige) Ausgangsmaterialien zu nehmen und diese schnell, und ohne Verwendung toxischer, teurer oder unnötiger Reagenzien, in wertvolle chemische Verbindungen zu überführen.

Grüne Chemie Die Entwicklung der neuen Methode hebt das Ziel der nachhaltigen und grünen Chemie weiter hervor. Dies ist auch ein grosses Thema in Maulides Projekt Vincat, das von der EU mit einem «ERC Consolidator Grant» bedacht wurde und die Nachhaltigkeitsstrategie der Universität Wien verkörpert. «Wir, und viele andere an der Universität Wien, sind auch den Green Labs Austria beigetreten, um unserem Engagement im Bereich der Nachhaltigkeit noch mehr Nachdruck zu verleihen», so Maulide.

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B iowissenschaften

Der Einsatz von Phagen in der Medizin birgt Risiken

Weshalb Phagen Antibiotikaresistenzen fördern Bakterienbefallende Viren könnten eines Tages Antibiotika ersetzen, weil sie präzise nur bestimmte Krankheits erreger angreifen. ETH- Forschende zeigen nun aber, das dem nicht immer so ist. Bedeutend ist dies, weil solche Viren auch Antibiotikaresistenzen übertragen können.

Rahel Künzler ¹ Bakteriophagen, kurz Phagen, sind Viren, die ausschliesslich Bakterien befallen. Um einen bakteriellen Wirt zu kapern, heften sie sich zunächst an spezifische Moleküle auf dessen Zelloberfläche. Dann injizieren sie ihr Erbgut in die Bakterienzelle. Um die bakterielle Zellmaschinerie zur Produktion neuer Virenpartikel umzuprogrammieren, müssen Phagen zudem das Immunsystem des Zielbakteriums überlisten.

Eine plausible Idee entpuppt sich als falsch

Illustration: Zwei Phagen landen auf der Zelloberfläche eines Bakteriums. (Bild: Shutterstock)

Die molekularen Eintrittspforten und das Immunsystem unterscheiden sich je nach Bakterium. Die gängige Meinung war daher, dass die meisten Phagen ein enges Wirtsspektrum haben, also nur eine einzelne Bakterienart oder sogar Unterart angreifen. Daher stammt auch die Idee, die natürlichen Bakterienkiller zur Behandlung von Infektionen einzusetzen – besonders, wenn die krankmachenden Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika erworben haben. Eine Studie unter der Leitung von Elena Gómez-Sanz, Postdoktorandin in der Gruppe von Martin Loessner, Professor für Lebensmittelmikrobiologie an der ETH Zürich, stellt die Theorie des engen Wirtsspektrums von Phagen nun aber in Frage. Phagen innerhalb der Bakteriengruppe der Staphylokokken befallen oft mehrere Arten gleichzeitig. Ihre Resultate veröffentlichten die Forschenden in der Fachzeitschrift «Nature Communications». Das Ergebnis der Studie könnte unmittelbare Konsequenzen für die Phagentherapie haben, welche in der Schweiz noch nicht zugelassen ist, jedoch in Osteuropa

schon lange angewandt wird. Phagen töten Bakterien nämlich nicht nur ab, sie können auch Antibiotika-Resistenzgene von einem Bakterium auf ein anderes übertragen. Durch ihr ungeahnt grosses Beuteschema könnten Phagen demnach Resistenzen viel weiter in der Umwelt verbreiten als bisher gedacht.

¹ ETH Zürich

Viele neue Phagen aus Klärwasser isoliert Der Mechanismus, mit dem Phagen Antibiotikaresistenzen unter Bakterien verbreiten können, ist bereits bekannt. Kurz: Wenn sich die Viren in den Bakterienzellen vermehren, packen sie nicht nur ihr eigenes Erbgut in neue Viruspartikel ein. In einigen Fällen schleusen sie genetisches Material vom befallenen Bakterium – so etwa ein Resistenzgen – in die Viruspartikel. Befällt ein solcher Viruspartikel dann ein neues Bakterium, kann es zur Resistenzübertragung kommen. Bei den Staphylokokken ist diese Form des Gentransfers besonders gut untersucht. Diese Bakteriengruppe mit über 50 Arten besiedelt natürlicherweise nicht nur den Menschen, sondern auch Nutztiere und sie kommt auch in Gewässern vor.

Der bekannteste Vertreter ist Staphylococ cus aureus – eine Bakterienart, die natürlicherweise unsere Nase und die Haut besiedelt, sich jedoch jüngst zu einem gefährlichen multiresistenten Krankheitserreger entwickelt hat. Phagen haben in der Evolution des heute häufigsten und am weitesten verbreiteten multiresistenten Erregers eine entscheidende Rolle gespielt, so die weit verbreitete Annahme. Es ist daher kaum verwunderlich, dass über 90 Prozent der für Staphylokokken bekannten Phagen auf Staphylococcus aureus zurückgehen.

Der One-Health-Ansatz Die enge Zusammenarbeit zwischen der Veterinär- und Humanmedizin ist Voraussetzung für die Erhaltung und Förderung der Gesundheit von Mensch und Tier, für die Einsparung von Ressourcen und den Erhalt einer intakten Umwelt. Dieser interdisziplinäre Ansatz nennt sich One Health. Quelle: Bundesamt für Lebensmittel sicherheit und Veterinärwesen (BLV)

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Meist wurden sie aus klinischen Proben isoliert. «Wenn wir die Rolle von Phagen als Übertrager von Antibiotikaresistenzen beurteilen wollen, müssen wir jedoch das ganze Bild – nicht nur die Situation in der Humanmedizin – betrachten», sagt Gómez-Sanz. Auf der Suche nach einer möglichst grossen Bandbreite natürlicher Phagen von Staphylokokken begaben sich die ETH- Forschenden in Kläranlagen. Denn: Hier treffen die unterschiedlichsten Bakterien sowie deren Phagen aufeinander – jene aus der menschlichen Mikrobioms, aus der Tierhaltung, aus Haushalten und der Industrie. Insgesamt 94 Phagen haben die Forschenden für ihre Studie aus Klärwasser isoliert.

Viren spannen riesiges Netzwerk für Gentransfer auf In Laborversuchen bestimmten sie schliesslich das natürliche Beuteschema der isolierten Phagen. Dazu liessen sie die Phagen auf verschiedene potenzielle Wirtsbakterien los und untersuchten deren Infektionsmuster. Unter den insgesamt untersuchten 117 Bakterienstämmen befanden sich Vertreter aus 29 verschiedenen Staphylokokkus-Arten, Bakterien aus allen Lebensräumen, mit und ohne Antibiotikaresistenzen. Das Resultat: Ein Phage befällt im Schnitt vier verschiedene Bakterienarten. Oder aus Sicht der Bakterien: Eine Staphylokokkus-Art kann durch «gemeinsame» Phagen durchschnittlich mit mehr als 17 anderen Arten Erbmaterial austauschen. «Dieses riesige Netzwerk zeigt auf, welch grossen Einfluss Phagen auf Bakteriengemeinschaften haben können», so Gómez-Sanz. Die These des engen Wirtsspektrums habe sich wohl so lange gehalten, weil bisher kaum ähnliche Studien existierten, die die Infektiosität von Phagen über viele verschiedene Bakterienarten hinweg untersuchten, so die Mikrobiologin. Frühere Arbeiten waren oft nur auf klinisch relevanter Bakterienarten wie Staphylococcus aureus beschränkt. Gerade die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen sollte jedoch dringend über einzelne Lebensräume hinaus untersucht werden, zeigt die vorliegende Studie. «Die Gesundheit des Menschen ist eng mit der Gesundheit von Tieren und der Umwelt verbunden», sagt Gómez-Sanz. So zeigen die neuen Erkenntnisse zum Netzwerk einzelner, natürlicher Phagen, dass 3/2022

Antibiotikaresistenzen von Bakterien des tierischen Mikrobioms über Phagen direkt an menschliche Krankheitserreger weitergegeben werden könnten. Dies unterstreicht die Wichtigkeit des modernen «One-Health-Ansatzes» (siehe Textbox) beim Einsatz von Antibiotika.

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Wie häufig Phagen Resistenzen übertragen, ist unklar Wie häufig Phagen Antibiotikaresistenzen in der Natur tatsächlich übertragen, lässt sich mit Laborexperimenten bislang nur schwer abzuschätzen. Die vorliegende Studie trifft dennoch eine Annahme, welche der untersuchten Phagen besonders potente Überträger sind. Bei 28 der 94 Phagen haben die Forschenden untersucht, wie häufig diese während ihrer Vermehrung in einem untersuchten Wirtsbakterium ein natürliches Resistenzgen aufnehmen. Die Aufnahmehäufigkeit variierte von 1 in 100 bis zu 1 in 10 Millionen Partikel. Grund für diese grossen Unterschiede sind die unterschiedlichen Lebenszyklen und die Enzyme, die die Viren nutzen, um ihr Erbgut zu verpacken. «Einige sind ‹fehleranfälliger› als andere, packen also eher bakterielle Erbgut-Teile mit ein», erklärt GómezSanz. Haben solche Phagen zusätzlich ein breites Wirtsspektrum, ist das Risiko einer Übertragung nochmals grösser. Die Studienergebnisse seien für den therapeutischen Gebrauch von Phagen, wie die Autoren betonen. Positiv zu werten ist die Erkenntnis, dass Phagen ein breites Wirtsspektrum haben können. Das erleichtert ihren Einsatz gegen eine Vielzahl von krankmachenden Bakterien. Allerdings muss man beim Einsatz von Phagen in der Medizin aufpassen, dass diese nicht zusätzlich als Überträger von Antibiotikaresistenzen fungieren. Daher sei es wichtig, dass medizinisch genutzte Phagen einen möglichst fehlerfrei funktionierenden Vermehrungsmechanismus besitzen. Diese Forschungsarbeit wurde finanziell unterstützt vom Nationalen Forschungs programm «Antimikrobielle Resistenz» (NFP 72 call_made).

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Immunzellen als Hausbesetzer

Manche T-Zellen bleiben jahrelang im Gewebe Menschliche Immunzellen schwimmen nicht nur im Blut, sondern spezialisieren sich auch auf bestimmte Gewebe und verweilen dort zum Teil jahrelang. Das hat ein von der Immunologin Christina Zielinski geleitetes Forschungsteam mithilfe von Patientenproben nach Stammzelltransplantationen herausgefunden. Zudem konnten die Forschenden die besonderen Eigenschaften residenter Immunzellen näher charakterisieren. Die Ergebnisse wurden in «Science Immunology» veröffentlicht.

Ronja Münch ¹ Gelangen Krankheitserreger in den menschlichen Körper, sind eine Vielzahl von Immunzellen schnell zur Stelle, um die Eindringlinge zu erkennen und zu zerstören. Unter ihnen sind auch sogenannte T-Zellen, eine Gruppe weisser Blutkörperchen. Sie können Eindringlinge wie Viren oder Bakterien direkt erkennen. Neue Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Bezeichnung «Blutzellen» für diese Gruppe zumindest irreführend ist. «Wir konnten zeigen, dass T-Zellen manchmal jahrelang in der Haut verbleiben und so optimal an die Ortssituation angepasst sind», sagt Christina Zielinski vom Hans-Knöll-Institut in Jena (Leibniz-HKI). ¹ Leibniz-HKI

Bei manchen Patienten überleben residente T-Zellen (violett) Bestrahlung und Chemothera pie. Spenderzellen (rosarot und grün) sind dann hauptsächlich im Blut zu finden. (Bild: Re printed with permission from Almeida et al. Sci Immunol 7, eabe2634 (2022))

Die meisten T-Zellen bleiben im Gewebe «Man ging lange davon aus, dass T-Zellen nur kurz durch das Gewebe zirkulieren, um zum Beispiel einen Infekt zu bekämpfen, dort aber nicht länger verweilen, sondern direkt zurück in die Blutbahn wandern», erklärt Zielinski. Die Ergebnisse ihres Teams zeigen nun jedoch, dass ein grosser Teil der T-Zellen langfristig im Gewebe ist und nur wenige Zellen im Körper zirkulieren. «Das zeigt auch, dass Blutproben wahrscheinlich nur wenig darüber aussagen, wie gut die Abwehrkräfte eines Menschen sind», so Zielinski. Um die T-Zellen im Menschen zu verfolgen und herauszufinden, welche Zelle sich wo aufhält und wie lange sie dort verbleibt, musste sich das Team eines Tricks bedienen. «Wir haben Proben von Patienten untersucht, die eine allogene Stammzelltransplantation erhalten haben», so Zielinski. Das heisst, bei diesen Patienten wurde durch Chemotherapie und Bestrahlung das eigene Immunsystem zerstört und mithilfe von Blutstammzellen eines

Spenders wiederaufgebaut. Das kann insbesondere bei einer Leukämie die einzige Möglichkeit der Heilung sein. Die Forschenden untersuchten Haut-Biopsien und Blutproben, die zwei bis drei Jahre

Teamarbeit Die Studie wurde unter Leitung von Christina Zielinski durchgeführt. Sie forschte bis 2020 an der Technischen Universität München und folgte anschliessend einem Ruf auf die von der CarlZeiss-Stiftung geförderte Professur für Infektionsimmunologie an die FriedrichSchiller-Universität Jena. Am dortigen Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut – leitet sie die Abteilung Infektionsimmunologie. Weitere Mitglieder des Teams forschen an der Technischen Universität München mit dem Klinikum rechts der Isar, dem Helmholtz Zentrum München sowie dem Deutschen Zentrum für Infektionsforschung.

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B iowissenschaften

nach der Stammzelltherapie entnommen wurden. So konnten sie feststellen, ob die gefundenen T-Zellen von Patient oder Spender stammten. «Wir haben dafür den genetischen Fingerabdruck einzelner Zellen ermittelt», erklärt Zielinski. Damit konnte sie zeigen, dass die Hälfte der T-Zellen in der Haut vom Patienten selbst stammen, im Blut hingegen fast ausschliesslich T-Zellen des Spenders zu finden sind. Demnach haben die patienteneigenen Immunzellen jahrelang im Hautgewebe überdauert. Allerdings nur bei knapp einem Viertel der Empfänger der Stammzelltherapie, bei allen anderen war das Immunsystem tatsächlich komplett ausgetauscht worden.

Mögliche Folgen für Transplantationen «Noch ist unklar, warum manche Patienten ihre eigenen Immunzellen behalten», sagt Zielinski. Auch, was das für Auswirkungen habe, müsse noch näher erforscht werden. Sie vermute, dass die residenten TZellen eine schützende Funktion haben

könnten. «Ich stelle mir das wie eine Hausbesetzung vor: Die Spenderzellen kommen dann nicht ins Gewebe rein, weil das schon durch die patienteneigenen T-Zellen besetzt ist.» Daher könnten sie auch keine Entzündung verursachen. Die gefundenen residenten T-Zellen seien von einer entzündungshemmenden Sorte, was diese These unterstützt.

«Das zeigt auch, dass Blutproben wahrscheinlich nur wenig darüber aussagen, wie gut die Abwehrkräfte eines Menschen sind.» Prof. Dr. Christina Zielinski

Ihre Arbeitsgruppe wird sich nun auf die Auswirkungen bei Lebertransplantationen konzentrieren. Auch hier stelle sich die Frage, ob im Gewebe verbliebene T-Zellen – in diesem Fall des Spenders – das Organ

möglicherweise vor einer Abstossung schützen könnten.

Erkenntnisse über das Immunsystem «Die residenten T-Zellen sind optimal an die Haut angepasst und können so deren Barrierefunktion in der Abwehr von Erregern gezielt unterstützen», sagt Zielinski. Durch die heute mögliche RNA-Analyse einzelner Zellen (Single-Cell-RNA-Sequencing) konnte das Forschungsteam zudem erkennen, dass manchmal sogenannte T-Gedächtniszellen die Gewebe wieder verlassen und dann im Blutkreislauf zu finden sind. «Das könnte der Kommunikation mit anderen Organen dienen», vermutet Zielinski. Die von ihrem Team gefundenen Marker für residente Zellen können nun genutzt werden, um residente Zellen einfacher aufzufinden und ihre Funktion genauer zu untersuchen.

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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 massge schneiderten 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 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 16

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

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.

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 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 elektronischen 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.»

Sensoren lassen sich passgenau einstellen Metallorganische Gerüste («metal-organic frameworks» – MOFs) sind aus metallischen Knotenpunkten und organischen

www.kit.edu 3/2022

L abor

Praktische Ansätze

Raman-Mikrospektroskopie setzt sich durch Die Raman-Mikrospektroskopie ist eine schnelle und nicht-invasive Technologie, um die chemische Zusammen setzung lebender Mikroorganismen nahezu in Echtzeit zu bestimmen. Jürgen Popp, wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-Institut für Photonische Technologien, beschreibt gemeinsam mit einem internationalen Expertenteam von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die technischen Aspekte der Raman-Analyse und praktische Ansätze wie sie auf mikrobiologische Fragestellungen angewendet werden kann.

Die Raman-Mikrospektroskopie ist ein Verfahren, bei dem Forschende ein RamanSpektrometer mit einem Lichtmikroskop koppeln, um Bilder der biomolekularen

«Ich bin überzeugt davon, dass die Raman-Mikrospektroskopie grosses Potenzial für die Lebenswissen schaften hat.» Prof. Dr. Jürgen Popp

Zusammensetzung heterogener Proben wie einer Zelle oder Gewebe aufzunehmen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erklären in ihrem Artikel, den sie im Fachmagazin «Nature Reviews Me-

Datenspeicherung und Reproduzierbarkeit durch ein offenes Portal In Zusammenarbeit mit dem Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (Embl) soll als Teil der BioStudies Initiative ein webbasiertes Portal für die Sammlung von biologischen RamanDaten entstehen. Das interaktive Repository soll die Möglichkeit bieten, Raman-Daten aus der Mikrobiologie zu sammeln und es soll einen uneingeschränkten offenen Zugang zu diesen Daten ermöglichen. Zusammen mit den notwendigen Metadaten wird so auch die Reproduzierbarkeit veröffentlichter Ergebnisse erleichtert. Dies soll eine breitere Anwendung der RamanTechnologie in der Mikrobiologie und der Biologie insgesamt fördern.

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thods Primers» publiziert haben, technische Aspekte, geben Hinweise, wie Proben erfolgreich gemessen werden und erläutern, wie Raman-Daten verarbeitet und analysiert werden können. Die Methodik kann bei einer Vielzahl von Schlüsselthemen der Mikrobiologie neue Erkenntnisse liefern, z. B. bei der Untersuchung des molekularen Austauschs zwischen Wirt und Mikroorganismus, zwischen einzelnen Zellen oder einer Zelle und ihrer Umgebung. Forschende können so tiefe Einblicke in die Funktionsweise dieser Interaktionen erhalten, auf denen die mikrobiellen Ökosysteme des Meeres bis hin zum menschlichen Darmmikrobiom basieren.

Die Raman-Technologie als Werkzeug der Biologie Die Raman-Mikrospektroskopie macht es möglich, nahezu in Echtzeit chemische Informationen von Mikroorganismen zu erhalten – zerstörungsfrei, labelfrei und insitu (lateinisch für «am Ort»). Das heisst, Proben müssen weder gewaltsam entnommen werden, noch werden sie durch die Messung beeinträchtigt. Das macht die Mikrospektroskopie im Vergleich zu alternativen Technologien zu einem einzigartigen Verfahren, um chemische Aspekte des Stoffwechsels von Mikroorganismen zu untersuchen. Das Autorenteam sagt voraus, dass die Raman-Mikrospektroskopie in naher Zukunft zu einer wichtigen Technologie und möglicherweise sogar zum bevorzugten Verfahren für einzelne Bereiche in der Mikrobiologie werden wird. Während die Raman-Mikrospektroskopie in den physikalischen Wissenschaften bereits etabliert ist, beginnen Mikrobiologinnen und -biologen erst, den vollen Nutzen

Die Methodik kann bei einer Vielzahl von Schlüsselthemen der Mikrobiologie neue Er kenntnisse liefern, z. B. bei der Untersuchung des molekularen Austauschs zwischen Wirt und Mikroorganismus, zwischen einzelnen Zellen oder einer Zelle und ihrer Umgebung. (Bild: Envato)

des Verfahrens auszuschöpfen. Das Expertenteam beschreibt, wie die Leistungs fähigkeit und Kapazität der Raman-Mi krospektroskopie kontinuierlich weiter ausgebaut werden können, um in der Wissenschaft der Kleinstlebewesen eine noch breitere Anwendung zu finden. Von grosser Bedeutung ist dabei, die Empfindlichkeit des Verfahrens zu verbessern. Bei der Daten-Auswertung werden Methoden der Künstlichen Intelligenz eingesetzt. Damit können Forschende die molekulare Zusammensetzung von Proben umfassend messen und unbekannte biochemische Verbindungen identifizieren. «Ich bin überzeugt davon, dass die Raman-Mikrospektroskopie grosses Potenzial für die Lebenswissenschaften hat. Wir zeigen in diesem Fachbeitrag Möglichkeiten auf, wie die Technologie interdisziplinär eingesetzt werden und auch in anderen Forschungsfeldern wie der Mikrobiologie neue, innovative Lösungen liefern kann», so Prof. Dr. Jürgen Popp, wissenschaftlicher Direktor am Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. in Jena. www.leibniz-ipht.de 17

M edizin

Die Lebensdauer des Wirkstoff-Ziel-Komplexes

Was die Bindung von Wirkstoffen beeinflusst Arzneistoffe bestehen aus im Wirkstofflabor entwickelten Molekülen, die an ihr Ziel, meist ein Protein, binden und so ihre Wirkung entfalten. Die tatsächliche Dauer der Bindung eines Wirkstoffmoleküls an sein Zielprotein variiert je nach Wirkstoff. Die Lebensdauer des Wirkstoff-Ziel-Komplexes kann eine tragende Rolle für die Wirksamkeit eines Medikaments spielen, da eine lange Verweildauer am Ziel in einigen Fällen für die Wirkung des Medikaments entscheidend sein kann. Daher ermöglicht das Verständnis der zugrundeliegenden Ursachen eine bessere Entwicklung von Arzneimitteln.

In der neuen Studie, die im renommierten Wissenschaftsjournal «Nature Communications» veröffentlicht wurde, haben Forschende der University of Eastern Finland und der Universität Tübingen die Schlüsselfaktoren identifiziert, die bei sogenannten Kinaseinhibitoren für eine lange oder kurze Verweildauer am Zielort verantwortlich sind.

Kinasen und Hemmstoffe Kinasen sind Enzyme, die entweder auf oder in Zellen an der Weiterleitung von bestimmten Signalen beteiligt sind. Sie spielen zum Beispiel bei der Zellteilung eine Rolle, indem sie «Wachstumssignale» weitergeben. Kinaseinhibitoren sind Hemmstoffe, die diese Wachstumssignale der Enzyme unterbinden. Viele dieser Hemmstoffe sind bereits für den klinischen Einsatz zugelassen, die meisten davon in der Behandlung von Krebs. «Ursprünglich wollten wir wissen, was die Ursache für die unterschiedliche Verweildauer zweier ähnlicher Kinaseinhibitoren am Zielort ist», sagt der durchführende Forscher und Erstautor Dr. Tatu Pantsar von der University of Eastern Finland.

Zeit ist Geld «Bereits in der frühen Phase der Arzneistoffentwicklung zu erkennen, welche Moleküle geeignet sind, ist ein entscheidender Faktor, da die Entwicklung von Medikamenten äusserst zeitintensiv und kostspielig ist», sagt Prof. Dr. Stefan Laufer, Leiter der Pharmazeutischen und Medizinischen Chemie am Institut für Pharmazie der Universität Tübingen. Die Gruppe von Prof. Laufer verfügt mit dem «Tübingen Center for Academic Drug Discovery & De18

Die Verweildauer eines Wirkstoffes am Zielprotein ist ein Faktor, der die Wirksamkeit eines Medikaments beschreiben kann. (Bild: Adpic)

velopment» (TüCAD2) über ein eigenes akademisches Zentrum zur Wirkstoffentwicklung von Medikamenten, dessen Mitgründer und Sprecher Prof. Laufer ist. Die Forschungsgruppe um Prof. Laufer hat bereits zahlreiche niedermolekularen Kinaseinhibitoren entwickelt, synthetisiert und enzymatisch/biologisch charakterisiert, was die jetzige Forschung ermöglichte. Aus Vorgängerprojekten fanden auch schon Inhibitoren ihren Weg bis zur Erstanwendung am Menschen.

Lange Verweildauer heisst wirksamer «In der Studie konzentrierten wir uns auf zwei niedermolekulare Kinaseinhibitoren, die in ihrer Hemmstärke am isolierten Enzymtests identisch sind, sich aber in ihrer Verweildauer am Zielenzym unterscheiden, d. h., wie lange ein einzelner niedermolekularer Kinaseinhibitor an das Zielprotein gebunden ist. Wir fanden auch heraus, dass der Inhibitor mit einer längeren Verweildauer bei Tests in Zellen wirksamer 3/2022

M edizin

war», erläutert Pantsar. In der Studie untersuchten und verglichen die Forschenden die niedermolekularen Kinaseinhibitoren zusammen mit ihrem Zielprotein mithilfe von Computersimulationen, die auf finnischen Supercomputern durchgeführt wurden. Das Protein verhält sich je nach gebundenem Inhibitor unterschiedlich. «Die Simulationen deuten darauf hin, dass, wenn ein niedermolekularer Inhibitor an das Protein bindet, das Protein dynamischer ist, wenn der Inhibitor mit kurzer Verweilzeit daran gebunden ist. Das bedeutet im Grunde, dass sich das Protein mehr bewegt, wenn es den Hemmstoff mit kurzer Verweilzeit bindet, und weniger, wenn es den Hemmstoff mit langer Verweilzeit bindet», erklärt Pantsar.

werden können, wenn eine lange Verweildauer gewünscht wird. Natürlich darf man nicht vergessen, dass die Verweildauer am Zielort nur ein Aspekt des sehr komplexen und schwierigen Prozesses der Entwicklung von Arzneimitteln ist, bei dem eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigt werden muss», so Pantsar abschliessend. An der University of Eastern Finland wurde die Forschung an der Fakultät für Pharmazie und innerhalb der DrugTech Research Community durchgeführt. Die Forschung wurde durch die vom CSC – IT Center for

Science Finland – zur Verfügung gestellten Rechenressourcen ermöglicht. Das Projekt war integraler Bestandteil des von Prof. Laufer geleiteten «TüCAD2», einem Format der Tübinger Exzellenzstrategie. Es belegt eindrucksvoll die Vernetzung von tiefer Grundlagenforschung mit der Anwendung und unmittelbaren Überführung in die Arzneimittelforschung.

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Wasser beeinflusst die Wirkstoffe stark Wassermoleküle haben dabei einen grossen Einfluss auf die Verweildauer des Wirkstoffs am Zielort. Diese winzigen, aber reichlich vorhandenen Wassermoleküle, die das Protein umgeben, scheinen ausschlaggebend zu sein. Ein wesentlicher Bestandteil der Bindung des Inhibitors beruht auf der Verdrängung von Wassermolekülen. In den Simulationen war der Inhibitor mit langer Verweildauer den Wassermolekülen weniger ausgesetzt, und die erforderliche Energie für die Wassermoleküle, um die Bindungsstelle des Inhibitors mit langer Verweildauer wieder zu besetzen, war viel höher. Dies führt zu einer höheren energetischen Barriere für die Trennung des Inhibitors von seinem Ziel und damit zu einer längeren Verweildauer des WirkstoffZiel-Komplexes. Die Beobachtungen zum Verhalten des Zielproteins und zur Rolle der Wassermoleküle wurden auch mit einem strukturell vielfältigen niedermolekularen Kinaseinhibitor mit extrem kurzer Verweilzeit bestätigt. Solche Berechnungen (MD-Simulationen) wurden für diesen Typ von Inhibitoren zusammen mit Wassermolekülen erstmals durchgeführt. Die Ergebnisse können in den frühen Stadien der Medikamentenentwicklung nützlich sein. «Jetzt, da wir die Gründe für die Verweildauer eines Medikaments auf atomarer Ebene besser verstehen, können wir effektivere Moleküle entwerfen, die in der Arzneimittelentwicklung eingesetzt

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Auch gegen Krebs

Magnesium ist essenziell für das Immunsystem Der Magnesiumspiegel im Blut spielt eine wichtige Rolle dabei, wie gut das Immunsystem Krankheitserreger oder Krebszellen bekämpfen kann: Forschende der Universität und des Universitätsspitals Basel berichten im Fachjournal «Cell», dass T-Zellen ausreichend Magnesium brauchen, um korrekt funktionieren zu können. Die Erkenntnisse sind potenziell wichtig für Krebsbetroffene.

Magnesiummangel hängt mit verschiedenen Erkrankungen wie Infektionen und Krebs zusammen. Aus früheren Studien weiss man, dass sich Krebsgeschwüre schneller im Körper von Mäusen ausbreiten, wenn die Tiere eine magnesiumarme Ernährung erhalten. Auch ihre Abwehrkräfte gegen Grippeviren waren beeinträchtigt. Wie genau dieser Mineralstoff das Immunsystem beeinflusst, war bisher jedoch wenig erforscht. Forschende um Prof. Dr. Christoph Hess vom Departement Biomedizin der Universität und des Universitätsspitals Basel und dem Departement Medizin der Universität Cambridge haben entdeckt, dass TZellen entartete oder infizierte Zellen nur in magnesiumreicher Umgebung wirksam eliminieren können. Konkret spielt Magnesium eine Rolle für die Funktion eines Oberflächen-Proteins der T-Zellen namens LFA-1. LFA-1 funktioniert als Andockstelle, welche für die Aktivierung von T-Zellen wichtig ist. «Im Ruhezustand ist diese Andockstelle jedoch quasi zugeklappt und kann daher infizierte oder entartete Zellen nicht effizient binden», erklärt Hess. «Hier kommt das Magnesium ins Spiel: Ist Magnesium in der Umgebung der T-Zellen in ausreichender Menge vorhanden, bindet es an LFA-1 und sorgt dafür, dass das Protein in offener Position verbleibt und somit aktiv sein kann.»

Die Erkenntnis, dass Magnesium für die Funktion von T-Zellen essenziell ist, hat potenziell grosse Relevanz für moderne Immuntherapien gegen Krebs. (Bild: Shutterstock)

Relevanz für Krebsbetroffene Die Erkenntnis, dass Magnesium für die Funktion von T-Zellen essenziell ist, hat potenziell grosse Relevanz für moderne Immuntherapien gegen Krebs: Diese zielen darauf ab, das Immunsystem – insbesondere cytotoxische T-Zellen – gegen die Krebszellen zu mobilisieren. Die Forschenden konnten in experimentellen Modellen zeigen, dass die Erhöhung der lokalen Magnesiumkonzentration in Tumoren die Immunantwort der T-Zellen gegen Krebszellen verstärkte. «Um diese Beobachtung klinisch prüfen zu können, suchen wir nun Wege, die Konzentration von Magnesium in Tumoren gezielt zu steigern», berichtet Christoph Hess. Dass solche Strategien erfolgversprechend sind, zeigen weitere Analysen

des Forschungsteams um Hess und seinen Mitarbeiter Dr. Jonas Lötscher, Erstautor der Studie: Anhand von Daten aus bereits abgeschlossenen Studien mit Krebsbetroffenen konnten die Forschenden nachweisen, dass Immuntherapien bei Patientinnen und Patienten mit zu tiefen Magnesiumspiegeln im Blut schlechter wirkten. Ob eine regelmässige Magnesiumeinnahme allgemein einen Einfluss auf das Krebsrisiko hat, lasse sich aufgrund der bisherigen Daten nicht beantworten, so Lötscher. «Als nächsten Schritt planen wir prospektive Studien, um den klinischen Effekt von Magnesium als Katalysator des Immunsystems zu prüfen.» www.unibas.ch

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Wie ein Konzern neue Technologien erprobt

Trinkwasseranlage als Testszenario für das IIoT Die Merck KGaA mit Sitz in Darmstadt ist eine Spezialistin für die Bereiche Healthcare, Life Science und Electronics. Das Wissenschafts- und Technologieunternehmen betreibt an diesem und an zahlreichen weiteren Standorten verschiedene verfahrenstechnische Prozessanlagen für die chemische und pharmazeutische Produktion. Für die stetige Steigerung der Produktivität, Sicherheit und Nachhaltigkeit setzt man auf innovative Technologien aus den Bereichen Industrial Internet of Things (IIoT) und Industrie 4.0. Vor dem Einsatz in der Produktion werden die neuen Technologien in der Trinkwasserspeicherung des Werks auf Herz und Nieren getestet.

Florian Kraftschik ¹ Unter den Produkten, die Merck herstellt, finden sich zahlreiche biotechnologisch erzeugte Pharmazeutika, ultrareines Laborwasser oder hochempfindliche Diagnosetests sowie Produkte und Services der industriellen Mikrobiologie. Das Unternehmen produziert darüber hinaus auch Materiallösungen z. B. für die elektronische Halbleiterproduktion, den Automobil- sowie den Kosmetikmarkt. Bei der Produktion richten sie ihr Augenmerk auf die stetige Steigerung von Effizienz und Sicherheit, aber auch auf die Nachhaltigkeit: So hat sich das Unternehmen ambitionierte Klimaziele gesteckt. Um alle diese Ziele zu erreichen, setzt Merck auf smarte Sensorik, Konnektivitätslösungen und testet das IIoTÖkosystem Netilion von Endress+Hauser.

Produktionsanlagen als Testszenarien ungeeignet Damit die Produktion stetig in Hinsicht auf Produktivität und Sicherheit optimiert werden und in Neubau- und Modernisierungsprojekten neue Technologien zum Einsatz kommen können, verfügen die Mitarbeitenden im Engineering über ein sehr hohes Technologie-Know-how. Dies rührt nicht zuletzt auch daher, dass Produktinnovationen wie z. B. Neuheiten in der Messtechnik und im Bereich IIoT erprobt werden können. In produktiven Anlagen wären Geräte- und Technologietests mit einem hohen Risiko verbunden. Im biotechnologischen Bereich unterliegen die Anlagen z. B. GMP-Regularien, die es quasi unmöglich machen, ein ¹ Endress+Hauser

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Bei Merck identifizierte man die Anlage für die Trinkwasserspeicherung als ideale Umgebung für Proof-of-Concept-Szenarien. Diese Anlage fungiert als Trinkwasserspeicher für das ge samte Werk in Darmstad. (Bild: Endress+Hauser)

Messgerät zu Testzwecken ohne Konformitäts-Check zeitweilig gegen ein anderes auszutauschen. In der Chemie-Produktion sind es hingegen allgegenwärtige explosionsgeschützte Bereiche oder SIL-Sicherheitseinrichtungen, die die Erprobung neuer Technologien deutlich erschweren. Zu den regulatorischen Einschränkungen und den Anforderungen der Anlagensicherheit gesellen sich ausserdem praktische Gründe, Tests nicht in produktiven Anlagen durchzuführen: So müsste beispielsweise für den Austausch eines Messgeräts der laufende Prozess unterbrochen werden, was jedoch zu hohe Kosten verursacht.

Proof-of-Concept in der Trinkwasserspeicherung Aus diesen Gründen identifizierte man bei Merck die Anlage für die Trinkwasserspeicherung als ideale Umgebung für Proof-ofConcept-Szenarien. Diese Anlage fungiert

Michael Werske über das Testszenario in der Trinkwasserspeicherung: «Wenn wir redun dant instrumentieren und verschiedene Ge räte einsetzen, können wir die angezeigten Werte direkt miteinander vergleichen und unsere Schlüsse ziehen.»

als Trinkwasserspeicher für das gesamte Werk in Darmstadt. Die Speicherung dient einerseits der Erhöhung der Versorgungsicherheit: Bei externen Versorgungsunterbrechungen kann die Trinkwas serversorgung aus den Pufferspeichern aufrechterhalten werden. Die beiden Spei21

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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)

chertanks decken etwas mehr als den Tagesbedarf des Werks ab. Weil die Trinkwasserbedarfe des Werks stark schwanken, soll der Trinkwasserspeicher andererseits auch die Entnahmeschwankungen aus dem kommunalen Netz ausgleichen – der Zufluss vom Versorger erfolgt nun gleichmässig über 24 Stunden. Die Speicherung sowie die Versorgung des internen Netzes ist dabei voll redundant aufgebaut, so dass die Wasserversorgung sogar bei einem Wasserrohrbruch in der Anlage aufrechterhalten werden kann. Und sollte die interne Trinkwasserversorgung dennoch einmal ausfallen, fährt das System zurück auf den kommunalen Versorger. Laut Michael Werske, Head of Utility Supply Services bei Merck, handelt es sich bei der Trinkwasserspeicheranlage, um «die ideale Anlage, um Technologien zu testen und technologische Innovationen auszuprobieren». Sie kommt ohne explosionsgeschützte Bereiche aus, alle Anlagenbereiche sind gut zugänglich. Ausserdem, so Werske weiter, verbaue Merck in dieser Anlage dieselben Assets, die auch in der Chemie- und Pharmaproduktion verbaut werden.

Erfolgreiche Technologien ermitteln

Accelerating Rate Calorimetry (ARC)

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«Wir testen hier z. B. das IIoT-Ökosystem Netilion von Endress+Hauser und auch Augmented-Reality-Anwendungen mit Lidar Scanning von anderen Anbietern. Weil wir verschiedene Innovationen parallel testen, sind wir auch in der Lage, die neuen Technologien zu verknüpfen. Ein Kollege kann z. B. die Asset-Informationen aus Netilion in die Augmented-Reality-Anwendung einbinden», berichtet Werske. Netilion kann als Datenplattform fungieren und die aufbereiteten Daten via Connect und API anderen Systemen verfügbar machen. Durch die Redundanz der Trinkwasseranlage können Geräte einfach getauscht werden, die Anlage biete ausserdem auch noch genügend Platz für raumgreifende Ein- und Ausbauten sowie für verschiedene Tests, analysiert Werske die Situation vor Ort. Klar formuliert er auch das Ziel hinter den verschiedenen Pilotprojekten: «Geplant ist, neue Technologien, die sich hier bewähren, dann ebenfalls in Produktionsbereichen einzusetzen und diese auf das ganze Werk auszurollen.»

Netilion Value visualisiert die Messwerte auf übersichtlichen Dashboards. (Bild: zvg)

Stellt im Schaltschrank die Verbindung der Messtechnik mit dem IIoT-Ökosystem Netili on von Endress+Hauser her: FieldEdge SGC500. (Bild: zvg)

Messtechnik und CloudLösungen im Testbetrieb Im Fokus der Tests stehen auch verschiedenste neue Messgeräte sowie das IIoTÖkosystem Netilion von Endress+Hauser. Die Messinstrumente decken dabei ein breites Spektrum an Messparametern ab: Neben Temperatursensoren und Drucktransmittern wird auch ein Analysepanel für Testmessungen der Chlor-Konzentration im Trinkwasser, das Cloud-only-Füllstandsmessgerät Micropilot FWR30 oder das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät Promag W mit Heartbeat Technology eingesetzt. Geräte eingehend zu testen, bedeutet für Werske dann auch, diese zu stressen: «Beim Durchflussmessgerät Promag W experimentieren wir damit, Alterung oder Ansatzbildung zu simulieren, um Erkenntnisse über die Geräte im produktiven Einsatz zu gewinnen. Z. B. könnten wir hier die Elektroden manipulieren, worauf die geräteinterne Heartbeat-Diagnose dann entsprechende Fehlermeldungen und Wartungsbedarfe ausgibt.» Werskes Wunschziel für die Zukunft sei es, dass ein Prüfzyklus automatisiert im Sensor durchlaufen und ein Bericht automatisch angelegt werde. So müsste das Wartungspersonal für Routineprüfungen gar nicht mehr zum Gerät geschickt werden. Diese als Heartbeat-Verifikation bekannte Funktion 3/2022

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ist schon heute Bestandteil vieler smarter Messgeräte. Damit sie in der Praxis genutzt werden kann, muss sie noch in die Arbeitsabläufe implementiert werden. Was also technologisch bereits funktioniere, so Werske, könne in der Praxis nicht immer 1:1 umgesetzt werden.

Grosse Potenziale bei Wartung und Instandhaltung Grosse Potenziale der derzeit im Test befindlichen neuen IIoT-Technologien sieht Werske bei der Wartung und Instandhaltung von Anlagen: «Wir wollen die Wartung in Zukunft möglichst zustandsorientiert durchführen. Momentan fahren wir die Wartung nach festen Zeitintervallen und das kostet Geld und Ressourcen.» Zukünftig sollen die Wartungsintervalle jedoch dynamisch am Bedarf des Sensors ausgerichtet werden. Er erläutert dies am Beispiel einer abrechnungsrelevanten Durchflussmessung, wie sie auch in der Trinkwasserspeicherung im Einsatz ist: «Entweder wird diese jährlich im Prüfstand überprüft, oder die geräteinterne Überwachung findet kontinuierlich statt. Die Ersparnis an Arbeitszeit und die positiven Auswirkungen auf die Anlagenverfügbarkeit liegen auf der Hand.»

Die Bestandsanlagen nachrüsten Begeistert ist man bei Merck auch vom Wireless-Hart-Adapter FieldPort SWA50, mit dem sich jede Hart-fähige Messstelle in das Wireless-Hart-Netzwerk integrieren lässt. Das Gerät ist schleifstromgespeist und lässt sich mit geringem Aufwand für alle Hart-fähigen Messstellen nachrüsten. Werske: «Das ist eine sehr gelungene Idee von Endress+Hauser, damit kann ich jede Messstelle in die Cloud bringen. Der Adapter funktioniert auch mit Fremdherstellern und er ist robust. Wir könnten theoretisch die ganzen Assets der Anlage im Nachbargebäude mit dem FieldPort SWA50 über Wireless-Hart in Netilion integrieren. Das wäre mit diesem Gerät leicht möglich und schnell realisiert.» Mit den Daten lässt sich mithilfe des IIoT-Ökosystems Netilion leicht ein Überblick über die Anlage generieren, es lassen sich Strategien zur vorausschauenden Wartung entwickeln, Kalibrierintervalle optimieren oder ein mobiles Asset Management implementieren, um nur einige Möglichkeiten aufzuzählen. 3/2022

Füllstandsmesswerte auf digitalen Dashboards Ein weiteres neues Messgerät von Endress + Hauser, das bereits die Aufmerksamkeit einiger Mitarbeitenden auf sich ziehen konnte, ist das cloudbasierte Füllstandsmessgerät Micropilot FWR30. Dieses wurde auf einem Kunststofftank platziert, der ein Edukt für den Chlorgenerator enthält. Das Gerät kommt vollständig ohne Kabel aus, denn es funkt seine Messwerte per Mobilfunk direkt in die Netilion-Cloud. Die Messwerte sowie weitere Daten – z. B. die aktuelle Position, den Batteriestatus oder die Aussentemperatur – werden in der Netilion-Anwendung Value auf verschiedenen Dashboard-Ansichten dargestellt, die über Smartphones, Tablet PCs oder stationäre Rechner abgerufen werden können. Michael Werske ist sich sicher, dass die visuelle Darstellung der Daten und Informationen einen grossen Mehrwert bietet: «Hier sehe ich auf den ersten Blick, dass die Anlage innerhalb ihrer Spezifikationen läuft. Mit diesem smarten Sensor kann ich diese Informationen leicht gewinnen.»

Fazit: Erfahrungen sammeln in idealer Testumgebung Bei Merck in Darmstadt hat man sehr positive Erfahrungen damit gemacht, neue Technologien wie smarte Sensoren und Industrie-4.0-Lösungen vor dem produktiven Einsatz in der idealen Testumgebung der Trinkwasserspeicherung zu erproben. Hier ist es möglich, unter Realbedingungen die Geräte zu testen und Know-how über die eingesetzte Technologie zu erlangen, bevor diese dann für andere Anlagen verwendet und in die werkseigenen Standards übernommen werden. In dieser Umgebung sind die Hürden bezogen auf Regularien, Ex- und SIL-Anforderungen gering. Die Erkenntnisse der Tests lassen sich dann auf die Instrumentierung bei Neubau oder Modernisierung von Anlagen übertragen. Dieses Vorgehen fördert eine erfolgreiche Implementierung neuer Technologien – ganz im Sinne der Steigerung von Produktivität, Sicherheit und Nachhaltigkeit.

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Die sozialen Faktoren der Zusammenarbeit haben einen direkten Einfluss auf die Effizienz und die Qualität der Resultate. (Bild: istock)

Eine Erläuterung über das Schnittstellenmanagement im Anlagenbau

Für einen reibungslosen Ablauf der Prozesse Unzählige Faktoren entscheiden, ob Projekte gelingen oder nicht. Dies gilt auch für den Anlagenbau. Eine typische Quelle für diverse Probleme sind hier Schnittstellen jeglicher Art. Walter Gerber, Business Manager von der Cape 7 Engineering Services AG, erklärt, wie das Schnittstellenmanagement als Teil des Projektmanagements für möglichst reibungslose Prozesse sorgt.

Walter Gerber ¹ Projekte als komplexe Vorhaben, die auf der Zusammenarbeit von verschiedenen Personen, Instanzen, öffentlichen Stellen und Lieferanten beruhen, bedürfen einer gezielten Kommunikation und Koordination. Wo verschiedene Akteure zum Gelingen eines vielschichtigen Vorhabens beitragen, trifft man auf Hürden, die, wenn nicht im Ansatz vermieden, rasch Verzögerungen und zusätzliche Kosten nach sich ziehen. So könnten z. B. Zuständigkeiten ungenügend geklärt und festgelegt worden sein. Oder eine einzelne Instanz arbeitet an Lösungen, ohne sich mit anderen Schnittstellen abzusprechen und zu koordinieren. Mangelnde Projektfortschritte und Unstimmigkeiten sind die Folge. Auch die Informationen bezüglich Projektänderungen können aus verschiedenen Gründen widersprüchlich werden. Ziehen sich Schwachstellen dieser Art durch ein Projekt, können Verärgerung und Frustration im Arbeitsablauf bei den Einzelnen so hoch werden, dass nur noch ein «Dienst nach Vorschrift» geleistet wird. ¹ Cape 7 Engineering Services AG

Schnittstellen entstehen zwischen verschiedenen Instanzen, Gewerken, Disziplinen und Positionen. Aufgabe des Schnittstellenmanagements ist es, Schnittstellen unter Effektivitäts- und Effizienzaspekten zu analysieren, zu planen, zu gestalten und zu kontrollieren. Sofern eine Integration möglich ist, sollen sachlich unnötige Schnittstellen zusammengefügt werden. Ist diese aus irgendeinem Grund nicht möglich, sorgt das Schnittstellenmanagement dafür, dass die Aktivitäten bestmöglich koordiniert werden. Das Schnittstellenmanagement als Teil des Projektmanagements versucht damit, die Probleme, die durch Schnittstellen entstehen, zu vermeiden und einen möglichst reibungslosen Ablauf der Prozesse zu gewährleisten. Dieser Artikel beleuchtet das Schnittstellenmanagement im Anlagenbau. Es werden folgende Aspekte unterschieden: 1. Soziale Faktoren 2. Voraussetzungen und Planung 3. Kommunikation und Koordination 4. Dokumenten- und Aufgabenverwaltungssysteme 5 3D CAD und Detailengineering

1. Soziale Faktoren Menschen wollen wahr- und ernstgenommen werden. Sie wollen Teil eines Ganzen sein und etwas Sinnvolles tun. Hinter einer ermutigenden Kommunikation stehen damit lebensbejahende Werte und ein Interesse am Gegenüber. Daneben sind ein integratives Agieren und eine weiterführende Information/ein Dialog auch über die Ziele und Zusammenhänge wichtig. So wird eine fachliche und soziale, positive Zuordnung des eigenen Seins und Schaffens in den Gesamtkontext möglich.

2. Voraussetzungen und Planung Eine überzeugende, systematische Planung ist die Voraussetzung für die erfolgreiche Realisierung eines Projekts. Dies gilt insbesondere auch für das Schnittstellenmanagement. Nur anhand konkreter Planungswerte und methodischer Arbeiten kann der erzielte Projektfortschritt und die aktuelle Risikosituation einwandfrei ermittelt werden. Dazu gehören sinnvolle Prozesse, transparente Dokumente und nach Möglichkeit ein Dokumenten- und 3/2022

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Aufgabenverwaltungssystem, das potenzielle Fehler wie Arbeit an veralteten Versionen vermeidet. Die ersten Projektschritte sind mitentscheidend – die «User Requirements», ein intelligentes Konzept und eine Zusammenstellung der Projektleistungen in einem Projektstrukturplan. Es folgen die Schlüsseldokumente bezüglich der Organisation, des Ablaufs, der Kosten- und Terminpläne etc. In der regulierten Industrie kommen zusätzliche Anforderungen hinzu, die die Compliance inklusive der Rückverfolgbarkeit sicherstellen.

3. Kommunikation und Koordination Inhalt des Schnittstellenmanagements ist die Suche nach Abstimmungsmöglichkeiten. Im Zentrum steht dabei die Erzeugung einer zielgerichteten und zweckmässigen Kommunikation. Das Stakeholdermanagement nimmt dabei das Anliegen auf, die Kommunikation auf die verschiedenen Stakeholdergruppen abzustimmen. Je grösser die Anzahl Schnittstellen, beziehungsweise die Anzahl Stakeholdergruppen, desto anspruchsvoller ist die Aufgabe. Periodische Ereignisse wie Meetings, Reports, «Daliy Standup Meetings» (Dauer 15 Minuten) oder eingeforderte Arbeitspaket Prognosen etc. werden dokumentiert und längerfristig geplant. Für die Durchführung von Meetings ist deren Effektivität sicherzustellen (u.a. Versand der Traktanden, Moderation, Protokoll). Daneben werden notwendige, ausserordentliche Massnahmen flexibel angesetzt und durchgeführt. Schnittstellen-, Zuständigkeits- und eine Genehmigungsmatrix helfen, um eine Transparenz zu erzielen.

4. Dokumenten- und Aufgabenverwaltungssysteme Im Zeitalter des BIM stehen Tools zur Verfügung, die Zugriffe auf Projektdokumentationen und Daten in verschiedensten Formaten in Clouds und damit ausserhalb von Firmenservern ermöglichen. Die Versionierung und die Ablage von Dokumenten werden automatisiert. Aufgabenzuordnungen und -verfolgungen vereinfacht. Parallel können Ablauf- und Freigabe-Prozesse definiert werden. Datenverluste werden praktisch ausgeschlossen (Ausnahme Cyber-Risiken und Stromunterbrüche). 3/2022

5. 3D CAD und Detailengineering Ein Detailengineering bringt ein Projekt sozusagen auf den Boden zurück. Es kommen verschiedene Schnittstellen zusammen. Die Gewerke mit physischen Auswirkungen (Bau, Infrastruktur, Logistik, Anlagen, Medien etc.) werden in ein Gesamtmodell integriert. Detailoptimierungen finden auf der «Montageebene» statt. Es ist der Ort, wo die Gebäudestatik auf die auftretenden Lasten hin überprüft und die Festigkeit von Leitungen mit ihren Aufhängungen ermittelt werden. Kollisionsüberprüfungen verhindern Überschneidungen. Die Sicherstellung von Bedienungs- und Instandhaltungsräumen gewährleisten, dass kurze Wege und die Zugänglichkeit für Wartungseinsätze gewahrt werden. Kurz – es handelt sich um die Vorwegnahme einer Installation und eines zukünftigen Betriebs.

Was heisst das nun zusammengefasst? Das Schnittstellenmanagement als Teil des Projektmanagements lebt von denselben Prinzipien und nutzt dessen Erzeugnisse: Aufgliederung, Struktur, Methodik inklusive der Zuordnung von Verantwortlichkeiten – und, oder «teilautonome Gruppen mit einer hohen Selbstbestimmung», wie der agile Ansatz zeigt. Die sozialen Faktoren der Zusammenarbeit haben einen direkten Einfluss auf die Effizienz und die Qualität der Resultate. Auf zweckmässige Prozesse und funktionierende Dokumentationssysteme kann nicht verzichtet werden. Grössere Projekte werden sinnvollerweise mit einer BIM-Lösung realisiert. Die Kunst, komplexe Projekte verlustarm und für alle Stakeholder fachlich und emotional überzeugend zu entwerfen, zu planen und zu realisieren, hängt sowohl mit den richtigen Tools, einer systematischen Projektentwicklung als auch mit Fragen der Zusammenarbeitskultur zusammen. Das Schnittstellenmanagement als abgestimmte Kommunikation und Koordination hat dabei wohl den grössten Einfluss auf das Gelingen.

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Mietkühlanlagen der Coolworld Rentals AG

Kaltwassererzeuger im Einsatz für die Migros MParc La Praille in Carouge ist einer der umsatzstärksten Migros-Einkaufszentren im Kanton Genf. Für Migros ist die Klimatisierung des Gebäudekomplexes im Sommer von grosser Bedeutung. Geht es doch um das Wohlbefinden der Kunden. Doch was macht man, wenn im Frühjahr der Kaltwassersatz nach vielen Jahren treuer Dienste den Geist aufgibt?

Etienne Vieuxmaire, Coolworld Rentals AG Eine Reparatur ist undenkbar. Im laufenden Jahresbudget ist kein neues Gerät vorgesehen und durch die Corona-Situation kommt der Klimatisierung im Center eine noch viel grössere Bedeutung zu. Eine Lösung ist dann das vorübergehende Mieten einer geeigneten Anlage bei Dienstleistern wie der Coolworld Rentals AG. Miet-Kühlanlagen als Ersatz für eine defekte oder ausgefallene Bestandsanlage sind eine schnelle und einfache Übergangslösung: Der Betrieb kann ohne Unterbrechung fortgeführt werden und die Planung und Budgetierung für eine Neuanlage kann ohne Zeitdruck angegangen werden. Nachfolgend ein Beispiel aus der Praxis. MParc La Praille in Carouge ist ein 22 000 m² grosses Einkaufszentrum in unmittelbarer Nähe von Genf mit Do It + Garden, Mélectronics, Micasa, SportXX, einem Restaurant, einem Schnellrestaurant und 18 weiteren Läden. Eine umfangreiche technische Anlage, zu der auch eine grosse Solaranlage gehört, liefert im Sommer wie im Winter den Strom für die Kunden und die vielen Beschäftigten. Gleichzeitig mit Beginn der ersten CoronaWelle sorgte ein Ausfall der Kälteanlage für massive Probleme bei der Klimatisierung des Centers. Schnell war klar, dass so kurz vor Beginn der Sommersaison ein Austausch des Kaltwassererzeugers nicht zur Diskussion stand. Planungsphase, Beschaffung und Lieferzeiten würden viel zu lange dauern. Daher suchten Olivier Buc (Gebäudeverwaltung) und Jean-Bernard Durdilly (Projektverantwortlicher) eine mobile, temporäre Lösung, die vor Ort aufgestellt werden konnte. 26

«Bei unserer Suche im Internet stiessen wir auf Coolworld und nahmen Kontakt zu Etienne Vieuxmaire auf. Noch am selben Tag hat der erste Termin vor Ort stattgefunden, bei dem wir alle Möglichkeiten evaluiert haben. Kurz darauf lag uns eine detaillierte Offerte einschliesslich der entsprechenden hydraulischen Schemas für unseren Anwendungsfall vor», berichtet Buc. Nach der technischen Koordinierung aller beteiligten Unternehmen (Strom, Mess-, Regel- und Steuereinrichtungen, Hydraulik, Kranarbeiten) war die Mietanlage und Zubehör fertig zur Lieferung und Installation. Die von Coolworld angebotene Lösung war ein Kaltwassersatz von 800 kW. Durch die transportable Rahmenbauweise und einem Gewicht von 8,2 Tonnen konnte das Gerät problemlos auf das Dach gehoben werden. Für den Anschluss an das vorhandene Netz wurden alle erforderlichen Bauteile, wie beispielsweise zwei Pumpen mit einer Fördermenge von 90 m³/h, Vor- und Rücklaufverteiler, Absperrungen und flexible 4-Zoll-Schlauchleitungen sowie Anschlussübergänge geliefert. Noch vor Mietbeginn wurde die Anlage vorsichtshalber beim örtlichen Kranunternehmen deponiert, da zu diesem Zeitpunkt (1. Lockdown) noch niemand wusste, inwiefern «normales» Arbeiten in den nächsten Wochen noch möglich war. «Die vorgezogene Lieferung war die beste Lösung, um im Zusammenhang mit der Pandemie allen Eventualitäten aus dem Weg zu gehen. Nur so konnten wir sicherstellen, dass wir unseren Kunden Migros auch wirklich rechtzeitig beliefern konnten», erläutert Etienne Vieuxmaire, verantwortlich bei Coolworld Rental AG für die Suisse Romandie. «In solchen Situationen sind

Service Engineer Stephan Dilger prüft die Temperatureinstellung des Kaltwassersatzes auf dem Dach des Migros-Gebäudes. (Bild: Coolworld Rentals AG)

die unkomplizierte Ausführung und das Vertrauen unserer Kunden wichtige Faktoren. Es geht in unserem Geschäft darum umgehend die Probleme zu erkennen und dann die sofort notwendigen Massnahmen zu ergreifen», so Vieuxmaire weiter. Dank guter Koordination aller Mitarbeiter von Migros vor Ort wurde am gleichen Tag das alte Gerät ausgebaut und die Mietlösung von Coolworld installiert. Sämtliche Anschlüsse für Hydraulik und Gebäudemanagement wurden am selben Tag angeschlossen. «Wir sind absolut zufrieden mit dieser Mietlösung und der ausgezeichneten Unterstützung von Coolworld von der Lieferung bis zum Ende der Mietdauer. Es war eine rundum gute Erfahrung: Aufbau und Inbetriebnahme verliefen problemlos und genauso der allgemeine Betrieb», erklärt Jean-Bernard Durdilly, Projektverantwortlicher der Genossenschaft Migros in Genf. Kontakt Coolworld Rentals AG CH-8240 Thayngen sales@coolworld-rentals.ch www.coolworld-rentals.ch

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P ublireportage

Schritt für Schritt mitwachsen

Chemielogistik digital – Tablet statt Excel-Datei KMU in der chemischen Industrie können sich für alle logistischen Aufgaben auf erfahrene Partner wie DACHSER verlassen.

Die Digitalisierung von Logistikdienstleistungen wird nicht zuletzt von Kundenanforderungen getrieben. Hersteller und Handelsunternehmen in der chemischen Industrie brauchen transparente, rechtskonforme, logistische Systemlösungen, die von Lieferanten über Produktions- und Handelsnetzwerke bis zu den Endverbrauchern alle Warenbewegungen und Lagerstrukturen abdecken, einschliesslich der Steuerung dieser Netzwerke. Doch die Digitalisierung ist nicht bei allen Firmen auf dem gleichen Stand. Einige haben bereits strategische Schritte umgesetzt, andere stehen noch ganz am Anfang.

Informationslogistik Logistikdienstleister wie DACHSER bieten diesen Unternehmen eine breite Palette digitaler Servicelösungen – weltweit und verkehrsträgerübergreifend. EDI-Schnittstellen erleichtern die Auftragserfassung. Plattformen zur Sendungsverfolgung schaffen Transparenz über den Zustellprozess. Supply Chain Event ManagementTools informieren über Lieferverzögerungen und ermöglichen die unverzügliche Suche nach alternativen Transportlösungen. Bei der routinemässigen GefahrgutFahrzeugkontrolle haben IT-Tools das Klemmbrett ersetzt. Bewährt haben sich auch Plattformen zum digitalen Dokumenten-Handling. DACHSER verwaltet mit ihnen eine Vielzahl von Dokumenten aus unterschiedlichsten Eingangskanälen und verknüpft sie mit Kernsystemen wie etwa einem Transport-Management-System über ein eindeutiges Identifizierungsmerkmal. So stehen Schriftstücke, die physisch, per E-Mail, aus einem digitalen Front-End oder per EDI übermittelt wurden, über die gesamte Supply Chain zur Verfügung. Dies bringt Effizienzgewinne zum Beispiel bei der multimodalen Beförderung von Gefahrgut. Die verantwortliche Erklärung für 3/2022

DACHSER, der digitalisierte Partner für KMU in der chemischen Industrie. (Bilder: Dachser)

den Seeverkehr (gemäss IMDG-Code 5.4) wird direkt durch den Versender per E-Mail an eine technische Adresse geschickt und mit den Sendungsdaten zusammengeführt, sodass das Dokument über die ganze Supply Chain hinweg an der richtigen Stelle abrufbar ist. Ein Prüfprozess ist integriert. Für den Versender hat dies den Vorteil, dass das Dokument nicht mehr manuell unterschrieben werden muss. Lediglich der Beförderer muss bei der physischen Übergabe an eine Reederei den Zusatz «ursprünglich elektronisch erhalten» ergänzen.

Software wie Word und Excel mehr entstehen, liegen Daten schneller zentral vor, die Transparenz steigt und die Informationen können bedarfsgerecht besser analysiert werden. Die Digitalisierung bringt keine disruptiven Veränderungen. Vielmehr zeichnet sich eine evolutionäre Entwicklung im sogenannten cybersoziophysischen Netzwerk ab. KMU in der chemischen Industrie können Schritt für Schritt mitwachsen und sich dabei auf einen verlässlichen, digitalisierten Partner wie DACHSER für ihre weltweiten Logistikanforderungen verlassen.

Blockchain-Technologie Zahlreiche Unternehmen setzen in der Chemie- und Gefahrgutlogistik bereits und für die Zukunft auf Blockchain-Technologie. Sie ermöglicht eine transparente Durchführung und Dokumentation von Transaktionen in vertrauenswürdiger Umgebung. So können Gefahrgutinformationen für alle berechtigten Teilnehmer der Supply Chain bereitgestellt und gleichzeitig bis zur Quelle zurückverfolgt werden. Allerdings steckt diese Technologie noch in den Kinderschuhen.

Zukunftsperspektiven Die Digitalisierung der Logistik bringt Effizienzgewinn und mehr Nachhaltigkeit. Wenn keine Medienbrüche zwischen Papier und

Kontakt

Selina Hipp Business Development Manager Switzerland DACHSER Chem Logistics selina.hipp@dachser.com dachser.ch

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HERMETIC-Pumpen GmbH und die aran ag

Neue HERMETIC-Vertretung in der Schweiz Die HERMETIC-Pumpen GmbH, weltweit führend in der Entwicklung und Herstellung von Spaltrohrmotorpumpen, und die auf Dienstleistungen rund um Pumpen und Armaturen spezialisierte aran ag haben eine Partnerschaft geschlossen. Mit Wirkung vom 1. Januar 2022 ist das in Lausen ansässige Unternehmen exklusiver Vertriebsund Servicepartner für dichtungslose Pumpen von HERMETIC. Das Geschäftsgebiet umfasst die deutsch- und italienischsprachige Schweiz sowie Liechtenstein.

Die neue Partnerschaft verspricht eine enge, schnelle und zuverlässige Betreuung von HERMETIC-Kunden in allen Fragen der Inbetriebnahme, Revision und Reparatur lokal vor Ort. In Verbindung mit der Expertise ihres Schwesterunternehmens aran engineering ag, steht die aran ag Kunden darüber hinaus als erfahrene Spezialistin für Anlagenplanung, Umbau, Neupumpenvertrieb und Effizienzsteigerungen zur Seite. Die aran ag mit Sitz in Lausen, im Schweizer Kanton Basel-Land, wurde 1997 von Roger Uebersax, Inhaber und Geschäftsführer, gegründet und beschäftigt inzwischen rund 25 Mitarbeitende. Das Unternehmen hat sich mit schnellen Reaktionszeiten, Service, Betrieb und Instandsetzung von Pumpen, Armaturen und Ventilen nahezu aller namhaften Hersteller in der ganzen Schweiz einen Namen gemacht. Dieser Erfolg basiert auf dem umfangreichen Technik-Know-how und der jahrzehntelangen Erfahrung der Spezialisten mit den unterschiedlichsten Reparatur- und Anwendungsfällen. Die Serviceleistungen im Bereich der Pumpen reichen von Abbau und Abholen der Aggregate in den Anlagen vor Ort über die Dekontamination, Analyse, Wartung und Instandsetzung in den eigenen Reparaturwerkstätten einschliesslich Prüfstandslauf bis hin zum Wiedereinbau und Inbetriebnahme vor Ort. In Verbindung mit einem ausgeklügelten Ersatzteilkonzept erhalten Kunden einen schnellen und kompetenten Rundum-Service aus einer Hand. Die aran ag war bereits seit Jahren im Bereich des Pumpenservice für HERMETIC erfolgreich tätig. Mit Wirkung vom 1. Januar 2022 wurde die Zusammenarbeit auf eine exklusive Vertriebs- und Servicepartner28

Die HERMETIC-Pumpen GmbH besucht die aran ag: (Von links nach rechts) Frédéric Gloria, Florian Uebersax, Roger Uebersax und Patrick Grober. (Bild: zvg)

schaft für das Gebiet der deutsch- und italienischsprachigen Schweiz erweitert. Als offizielle HERMETIC-Vertretung wurden auch die Vertriebskapazitäten aufgestockt. «Die neue, erweiterte Partnerschaft zwischen der aran ag und HERMETIC wird den Schweizer Markt stärken. Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen und engagierten Team an Spezialisten, das es sich zur Aufgabe gemacht hat, Kunden mit hohem Service- und technischem Wissen rund um Pumpen, Armaturen und einen optimalen Anlagenbetrieb zu unterstützen», sagt Sebastian Dahlke, Geschäftsführer und CCO der HERMETICPumpen GmbH. «Bei der Entscheidung für diesen Schritt waren nicht nur die bisherigen guten Erfahrungen im Bereich des Pumpenservice ausschlaggebend, sondern auch das exzellente Know-how von Herrn Uebersax und seinem Team auf dem Gebiet von Spaltrohrmotorpumpen.» Zusammen mit dem Schwesterunternehmen aran engineering ag ist die aran ag spezialisiert auf Planung, Konzeption, Effizienz und Dienstleistungen rund um Pumpen, Verfahrenstechnik, Anlagen- und Ap-

paratebau. Mit einem eigens eingestellten Vertriebsmitarbeiter bei der aran ag steht HERMETIC-Kunden in der Schweiz nun auch ein kompetenter, lokaler Ansprechpartner zur Seite, wenn es um Fragen der Pumpenauslegung etwa bei Anlagenumbau und Modernisierung geht. Die dichtungslosen Pumpen/ . . . Spaltrohrmotorpumpen von HERMETIC kommen insbesondere in den extremsten Anwendungsbereichen und bei gefährlichsten Fördermedien wie beispielsweise Methanol, Paracryol oder Säurechloriden zum Einsatz. Die französische Schweiz wird von HERMETIC-Mecaflux SAS betreut. Die französische HERMETIC-Tochter mit Sitz in Chaponost in der Nähe von Lyon ist Ansprechpartnerin für das komplette HERMETIC-Pumpenprogramm. Neben Beratungs- und Engineeringkapazitäten verfügt HERMETIC-Mecaflux über eigene Werkstätten für Montage-, Service- und Reparaturarbeiten. Damit profitiert auch der französischsprachige Teil der Schweiz von einem schnellen After Sales Service und kompetenter Beratung vor Ort. Beide Vertretungen werden bei der Betreuung des gesamten Schweizer Marktes Hand in Hand zusammenarbeiten.

aran ag CH-4415 Lausen info@aran.ch www.aran.ch HERMETIC-Pumpen GmbH D-79194 Gundelfingen hermetic@hermetic-pumpen.com www.hermetic-pumpen.com 3/2022

V eranstaltung

Die Powtech und Fachpack öffnen gleichzeitig ihre Tore

Powtech 2022 findet einen Monat später statt Auch 2022 wirbelt die Pandemie den internationalen Veranstaltungskalender für die mechanische Verfahrens technik und Analytik durcheinander. Nach intensiven Beratungen mit den ideellen Trägern, dem Messebeirat sowie zahlreichen angemeldeten Ausstellern, hat die Nürnberg Messe als Veranstalterin nun entschieden, die Powtech 2022, die internationale Leitmesse für Pulver-, Granulat- und Schüttguttechnologien, um vier Wochen zu verschieben.

Die Powtech 2022 findet nun parallel zur Fachpack, Fachmesse für Verpackung, Technik und Prozesse, vom 27. bis 29. September 2022 im Messezentrum Nürnberg statt. «Damit können wir der Schüttgutbranche einen Messetermin aus serhalb der Sommerferien anbieten, was vor allem unseren Kunden aus Süddeutschland und der Mittelmeerregion entgegenkommt», so Heike Slotta, Executive Director Exhibitions, Nürnberg Messe. «Wir haben in den letzten Tagen intensive Gespräche mit den Ausstellern der Powtech geführt und sie zu ihrem präferierten Termin befragt. Es ist uns ausserordentlich wichtig, dass wir diese Entscheidung gemeinsam mit unseren Kunden treffen, mit der Branche für die Branche sozusagen. Das Ergebnis der Befragung war eindeutig. Die Mehrheit entschied sich für den 27. bis 29. September 2022», erläutert Slotta. «Mit der Durchführung der ‹Fachpack› im September des vergangenen Jahres haben wir bewiesen, dass wir auch in Pandemiezeiten sehr erfolgreiche Messen durchführen können. Insofern freuen wir uns sehr

darauf, auch für die Schüttgutbranche ein erfolgreiches Live-Event auf die Beine zu stellen.»

Zwei Messen – ein Ort Die Powtech 2022 rückt zusammen mit der Fachpack die gesamte Wertschöpfungskette von der Herstellung der Produkte bis zu ihrer Verpackung in den Blick. Eine zeitgleiche Veranstaltung der Fachmessen Powtech und Fachpack schafft darüber hinaus zusätzliche Synergien im Bereich Processing und Packaging: Beide Messen sprechen Anwender aus den Branchen Food und Feed, Chemie, Pharma, Kunststoffverarbeitung und Maschinenbau an. Beide Veranstaltungen sind besucherseitig stark fokussiert auf die Industrie- und Konsumgüterindustrie. Beide haben einen europäischen Schwerpunkt. Hauptbesucherländer sind nach Deutschland die angrenzenden Nachbarländer, allen voran Österreich, die Schweiz und Italien. Beide Messen sind ausgewiesene Fachmessen für Experten. Gespräche finden auf Augenhöhe statt. Konkrete Lösun-

Ein Foto noch aus Zeiten vor Corona: Pow tech 2019. (Bild: Nürnberg Messe)

gen werden besprochen. Beide Messen sind zeitlich kompakt mit ihrer dreitägigen Laufzeit von Dienstag bis Donnerstag.

Termine vormerken 2023 findet die Powtech dann wieder planmässig vom 26. bis 28. September im Messezentrum Nürnberg statt. Die Fachpack pausiert traditionell alle drei Jahre, also auch 2023, und ist das nächste Mal wieder regulär vom 24. bis 26. September 2024. www.powtech.de, www.fachpack.de

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An der Synchrotron-Lichtquelle Schweiz (SLS) versuchen Forschende Hinweise zu finden, wie man Quantenbits herstellen könnte. (Bild: Shut terstock)

Quasiteilchen und Nanodrähte

Auf der Suche nach Quantenbits Forschende haben am Paul-Scherrer-Institut (PSI) die Elektronenverteilung unter der Oxidschicht zweier Halbleiter verglichen. Die Untersuchung ist Teil der Entwicklung besonders stabiler Quantenbits – und damit wiederum besonders effizienter Quantencomputer. Ihre jüngste Forschung, die auch von Microsoft unterstützt wird, veröf fentlichen sie nun im Fachblatt «Advanced Quantum Technologies».

Laura Hennemann ¹ Die Zukunft des Computerwesens ist ohne Quantencomputer nicht mehr denkbar. Hauptsächlich befinden sich diese noch in der Erforschungsphase. Sie bergen das Versprechen, bestimmte Berechnungen und Simulationen im Vergleich zu klassischen Computern um Grössenordnungen zu beschleunigen. Die Basis von Quantencomputern sind Quantenbits, kurz Qubits. Eine neuartige, vermutlich überlegene Art könnten sogenannte topologische Quantenbits sein. Um Hinweise zu erhalten, wie diese sich erschaffen liessen, hat ein internationales Team von Forschenden unter anderem Messungen an der Synchrotron-Lichtquelle Schweiz (SLS) am PSI durchgeführt.

Stabilere Quantenbits «Computerbits, die den Gesetzen der Quantenmechanik folgen, lassen sich auf ¹ Paul-Scherrer-Institut

verschiedene Weise erreichen», erklärt Niels Schröter, einer der Studienautoren. Er war bis April 2021 Forscher am PSI und wechselte dann ans Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle, Deutschland. «Die meisten Arten von Qubits verlieren leider schnell ihre Information; man könnte sagen: Es sind vergessliche Qubits.» Dafür gibt es zwar eine technische Lösung: Jedes Qubit wird durch ein System von zusätzlichen Qubits unterstützt, die auftretende Fehler korrigieren. Doch das bedeutet, dass die Zahl der insgesamt benötigten Qubits für einen einsatzfähigen Quantencomputer schnell in den Bereich der Millionen steigt. «Der Ansatz von Microsoft, an dem wir nun mitarbeiten, ist ein ganz anderer», so Schröter weiter. «Wir wollen helfen, eine neue Art Qubit zu erschaffen, die resistent ist gegenüber Informationsverlusten. Damit könnte man schon mit wenigen Qubits einen schlanken, funktionierenden Quantencomputer realisieren.» Diese Resistenz erhoffen sich die Forschenden von sogenannten topologischen

Niels Schröter (links) und Vladimir Strocov an einer der Experimentierstationen der Syn chrotron-Lichtquelle Schweiz SLS des PSI. Hier haben die Forschenden winkelaufgelös te Photoelektronenspektroskopie mittels wei cher Röntgenstrahlung genutzt, um die Elek tronenverteilung unter der Oxidschicht von Indiumarsenid sowie Indiumantimonid zu vermessen. (Bild: PSI/Mahir Dzambegovic)

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F orschungswelt

Quantenbits. Diese wären etwas völlig Neues, das bislang noch keine Forschungsgruppe erschaffen konnte. Topologische Materialien wurden durch den Physik-Nobelpreis im Jahr 2016 bekannt. Die Topologie ist ursprünglich ein Bereich der Mathematik, der unter anderem erforscht, wie sich geometrische Objekte verhalten, wenn sie verformt werden. Die hierfür entwickelte mathematische Sprache lässt sich aber auch auf andere physikalische Eigenschaften von Materialien übertragen. Quantenbits in topologischen Materialien wären dann topologische Qubits.

Quasiteilchen in Halbleiter-Nanodrähten Bekannt ist, dass Schichtsysteme bestimmter Halbleiter und Supraleiter zu exotischen Elektronenzuständen führen könnten, die als solche topologische Qubits fungieren würden. Konkret kommen dafür ultradünne, kurze Drähte aus einem Halbleitermaterial in Betracht. Diese haben einen Durchmesser von nur 100 Nanometern und sind 1000 Nanometer (also 0,0001 Zentimeter) lang. Die obere Hälfte der Drähte ist aussen in Längsrichtung mit einer dünnen Schicht eines Supraleiters überzogen. Der restliche Bereich der Drähte ist nicht beschichtet, so dass sich dort eine natürliche Oxidschicht bildet. Computersimulationen zur Optimierung dieser Bauteile sagen voraus, dass sich die entscheidenden quantenmechanischen Elektronenzustände nur an der Grenzfläche zwischen Halbleiter und Supraleiter befinden und hingegen nicht zwischen dem Halbleiter und seiner Oxidschicht. «Die kollektive, asymmetrische Verteilung der Elektronen, die in diesen Nanodrähten erzeugt wird, lässt sich physikalisch als sogenannte Quasiteilchen beschreiben», sagt Gabriel Aeppli, Leiter des Forschungsbereichs für Photonenforschung am PSI und ebenfalls an der aktuellen Studie beteiligt.

«Wenn nun geeignete Halbleiter- und Supraleitermaterialien gewählt werden, sollten sich aus diesen Elektronen an den Enden der Nanodrähte besondere Quasiteilchen namens Majorana-Fermionen bilden.» Majorana-Fermionen sind topologische Zustände. Sie könnten also als Informationsträger, ergo als Quantenbits, in einem Quantencomputer fungieren. «Rezepte, um Majorana-Fermionen zu erzeugen, haben Forschungsgruppen weltweit schon im Laufe des letzten Jahrzehnts untersucht und verfeinert», so Aeppli weiter. «Doch um bei diesem Vergleich zu bleiben: Trotzdem wussten wir nicht, in welchem Kochtopf uns dieses Rezept am besten gelingt.»

Indiumantimonid im Vorteil Ein zentrales Anliegen des aktuellen Forschungsprojekts war daher der Vergleich zweier «Kochtöpfe». Die Forschenden untersuchten zwei verschiedene Halbleiter und ihre natürliche Oxidschicht: einerseits Indiumarsenid und andererseits Indiumantimonid. An der SLS nutzten die Forschenden eine Untersuchungsmethode namens winkelaufgelöste Photoelektronenspektroskopie mittels weicher Röntgenstrahlung – auf Englisch abgekürzt: SX-Arpes. Für die Interpretation der komplexen experimentellen Daten kam ein neuartiges Computermodell zum Einsatz, das von der Gruppe um Noa Marom an der Carnegie Mellon University, USA, zusammen mit Vladimir Strocov vom PSI entwickelt wurde. «Die bisher verwendeten Computermodelle führten auch zu einer unübersichtlich grossen Anzahl von unrealistischen Ergebnissen. Mit unserer neuen Methode können wir nun aus allen Ergebnissen automatisch diejenigen herausfiltern, die physikalisch relevant sind, und wir können die Versuchsergebnisse gut interpretieren», erklärt Strocov.

Gabriel Aeppli, Leiter des Forschungsbe reichs für Photonenforschung am PSI, ist auf die Erforschung von Quantenmaterialien spezialisiert. (Bild: Thomas Baumann)

Durch ihre Kombination aus SX-Arpes-Experimenten und Computermodellen konnten die Forschenden nun zeigen: Indiumantimonid hat unter seiner Oxidschicht eine besonders niedrige Elektronendichte. Dies wäre in den geplanten Nanodrähten vorteilhaft für die Ausbildung von topologischen Majorana-Fermionen. «Unter dem Gesichtspunkt der Elektronenverteilung unter der Oxidschicht eignet sich also Indiumantimonid besser als Indiumarsenid, um als Trägermaterial für topologische Quantenbits zu dienen», schliesst Schröter. Er gibt jedoch zu bedenken, dass bei der Suche nach den besten Materialien für einen topologischen Quantencomputer sicherlich weitere Vor- und Nachteile gegeneinander abgewogen werden müssen. «Unsere hoch entwickelten spektroskopischen Methoden werden bei der Suche nach den Materialien für Quantencomputer sicherlich eine wichtige Rolle spielen», sagt Strocov. «Das PSI mach derzeit grosse Schritte, um die Quantenforschung und die quantenphysikalischen Ingenieurwissenschaften in der Schweiz auszubauen und die SLS ist ein wesentlicher Teil davon.» www.psi.ch

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Erkenntnisse aus Bohrungen

Wie Klima und Hochwasser zusammenhängen Eine Analyse von Hochwassern der vergangen 10 000 Jahre im Alpenraum hat ergeben, dass in Warmphasen kleine Hochwasser jeweils zurückgingen, grosse Ereignisse je nach Einzugsgebiet hingegen häufiger wurden. Das zeigt eine internationale Studie, an der Forschende der Universität Bern massgeblich beteiligt waren.

Hochwasserschäden 2005 in Lütschental im Berner Oberland. (Bild: Andreas Chervet, Fachstelle Boden, Kanton Bern)

Nach wie vor ist unklar, ob mit der Klimaerwärmung Starkniederschläge und Überschwemmungen zu- oder abnehmen. Offene Fragen gibt es insbesondere auf regionaler Ebene. Um diese zu klären, blicken Klimaforschende nicht nur mit Modellen in die Zukunft, sondern auch zurück in die Vergangenheit. In einer in der Fachzeitschrift «Nature Geosciences» erschienen paläohydrologischen Studie wurden dazu die Häufigkeit und die Stärke von Hochwassern rekonstruiert. Dabei wurde zwischen kleinen Hochwassern (mit 10-jähriger Wiederkehrperiode) und grossen Ereignissen (mit 100-jähriger Wiederkehrperiode) unterschieden. «Wir woll-

Mitten in den Alpen: Schneebedeckte Gipfel so weit das Auge reicht. (Bild: Adpic)

ten beurteilen, wie sich die Hochwassergefahren in vergangen Warmphasen entwickelt haben», sagt Flavio Anselmetti, «denn es ist für die betroffene Bevölkerung von grosser Bedeutung, wie sich diese Risiken als Folge der heutigen Klimaerwärmung verändern.» Er ist Professor für Geologie an der Universität Bern und Mitglied des Oeschger-Zentrums für Klimaforschung. Tatsächlich sind Überschwemmungen im Alpenraum allgegenwärtig – und sie verursachen von allen Naturgefahren die höchsten Kosten. Vor allem Extremereignisse wie etwa 2005. Kommt dazu: Bergregionen wie die Alpen reagieren besonders

empfindlich auf den Klimawandel, da sie sich überdurchschnittlich stark erwärmen. Zudem ist das Hochwasserrisiko in den Bergen der Topografie und der hydrometeorologischen Prozesse wegen besonders ausgeprägt. Diese Faktoren begünstigen nicht zuletzt das Auftreten von Sturzfluten.

Rekonstruktion mithilfe von Seesedimenten Forschende aus Frankreich, der Schweiz, Deutschland und Italien haben Überschwemmungen im Alpenraum während der vergangenen 10 000 Jahre rekonstruiert. Insgesamt sind Daten von 7792 Hochwasserereignissen in die Untersu-

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Bohrkampagne der Universität Bern auf dem Oeschinensee. Das Team entnimmt Sediment kerne zur anschliessenden Untersuchung im Labor. (Bild: Martin Grosjean, Universität Bern)

chung eingeflossen. Die Forschenden haben dazu Informationen aus Seesedimenten genutzt. Sie stellen ein natürliches Umwelt- und Klimaarchiv dar, denn während Hochwassern wird in den Flüssen vermehrt erodiertes Material transportiert, das schliesslich auf den Grund von Seen absinkt, wo es charakteristische Hochwasserablagerungen bildet.

«Wir wollten beurteilen, wie sich die Hochwassergefahren in vergangen Warmphasen entwickelt haben.» Flavio Anselmetti

Diese Ablagerungen sind über die Jahrtausende hinweg perfekt erhalten geblieben. Durch die Analyse von Seesedimenten lassen sich deshalb Veränderungen in der Häufigkeit und Intensität von Hochwasser im Laufe der Zeit rekonstruieren. «Wir haben speziell für diese Studie Sedimentkerne gebohrt und analysiert, im Kanton Bern zum Beispiel im Grimsel-, Hinterburg-, Oeschinen- und Iffigsee», erklärt Flavio Anselmetti, «und konnten zudem auf zahlreiche bereits früher gezogene Kerne aus dem ganzen Alpenraum zurückgreifen.» So sei die bisher umfassendste Rekonstruktion von Hochwasserereignissen an insgesamt 33 verschiedenen Standorten in den Alpen entstanden. Bei der Analyse der Daten richteten die Forschenden ihr Augenmerk auf das Geschehen in vergangen Warmphasen. 3/2022

Ihr Fazit: Betrachtet man lange Zeitskalen, führte in den vergangen 10 000 Jahren eine Erwärmung systematisch zu einer Abnahme kleiner Hochwasserereignisse. In Kaltphasen war also die generelle Überschwemmungshäufigkeit grösser. Bei den Extremereignissen jedoch zeigten sich je nach Einzugsgebiet unterschiedliche Tendenzen: «Es scheint», so Flavio Anselmetti, «dass extreme Hochwasser während warmer Perioden insbesondere im Alpenraum häufiger aufgetreten sind.» Als extrem gelten Hochwasser dann, wenn sie statistisch gesehen nur alle 100 Jahre auftreten. Die Tendenz zu häufigeren extremen Hochwassern während Wärmephasen stimmt mit Modell-Projektionen für die Zukunft überein. Auch diese zeigen, dass Starkniederschläge mit steigenden Temperaturen häufiger werden und damit die Hochwasser. Was die Studie auch beleuchtet: Sowohl die ermittelten Trends wie die Differenzierungen lassen sich nicht allein anhand von Messdaten erkennen, da diese nicht weiter als 200 Jahre zurückreichen. «Wir sind für die schlüssige Beantwortung solcher Fragen auf lange Überschwemmungszeitreihen angewiesen», erklärt Martin Gros jean, der Direktor des Oeschger-Zentrums. «Die Studie bekräftigt die eminente Bedeutung von paläoklimatischen Archiven, auf deren Auswertung sich unser Zentrum unter anderem spezialisiert hat.» Ganz allgemein zeigen die nun vorliegenden paläohydrologische Rekonstruktionen aus dem Alpenraum, wie sich die komplexen Beziehungen zwischen Klima und Hochwasser entschlüsseln lassen – und wie dadurch auf lokaler und regionaler Ebene die Risikobewertung und das Risikomanagement verbessert werden können. «Wir erwarten», schreiben die Autorinnen und Autoren, «dass dieser Ansatz unser Verständnis der regionalen Zusammenhänge zwischen Temperatur und Hochwasser unter vergangenen und zukünftigen Klimabedingungen erheblich verbessern wird. Und das dürfte letztlich zu einem besseren Umgang mit Hochwassern führen.»

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Innovationen von der Anlagenplanung bis zum Einzelgerät

Wie Prozesse digitalisiert werden Es gibt zahlreiche Beispiele für Gewinne an Effizienz und Qualität durch die Digitalisierung von Prozessen. Nach wie vor bleibt es aber eine Kunst, den IT-Spezialisten in seiner Vorstellungswelt abzuholen und in die Geheimnisse einer konkreten Anlage einzuweihen; gelingt das nicht, fährt man mit angezogener Handbremse. Eine weitere Bremse kann die Angst vor Hackerangriffen auf das digitale System sein – eine reale Gefahr, gegen die sich aber vorgehen lässt.

Erwägungen und Diskussionen rund um digitale Projekte finden vor dem Hintergrund eines scharfen weltweiten Wettbewerbs statt. In diesem Umfeld investiert beispielsweise das Pharmaunternehmen Roche nach eigener Aussage stark in den Ausbau digitaler Chemie- und PharmaProzesse in der Schweiz.

Effizienzgewinne durch Digitalisierung Dabei arbeiten Plattform-Architekten (ITseitig) und Domain-Experten (Prozessingenieure) in einem Team und fungieren als «Übersetzer» zwischen den Bereichen. Schon den Auszubildenden werden beide Bereiche integriert nahegebracht, und beim Rekrutieren neuer Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen wird grosser Wert auf vernetztes Denken und auf Offenheit gegenüber der persönlichen Weiterbildung im jeweils anderen Bereich gelegt. 34

Neben den Big Playern forcieren auch kleinere und mittelgrosse Unternehmen der Chemie- und Pharma-, der Biotech-, Nahrungs- und Genussmittelbranche digitale Projekte. Ein Beispiel betrifft das Prozessleitsystem beim Schweizer KräuterzuckerSpezialisten Ricola in Laufen: Er digitalisiert nach und nach alles, was man sich vorstellen kann – von der Lagerung der Rohstoffe in Silos und Tanks über die Zuckerlöserei und verschiedene Mischvorgänge bis aktuell zu den Kochanlagen. Daraus lässt sich vieles lernen. Zum Beispiel liefert hier ein Digitalisierungsspezialist aus der Schweiz (Kundert, Schlieren) Lösungen für einen Produzenten aus der Schweiz, der seine Produkte dann weltweit vermarktet.

Nicht von heute auf morgen Des Weiteren ist zu bemerken: Eine Digitalisierung braucht keinesfalls von heute auf morgen mit einem Big Bang zu erfol-

gen, denn im vorgestellten Beispiel handelt es sich um einen schon über mehr als fünfzehn Jahre laufenden Umgestaltungsprozess. Eines der Erfolgsrezepte steckt in der Software: Erstens wurde von Anfang an nur eine einzige eingesetzt (Plant IT, Proleit, Herzogenaurach), wobei heute verschiedene Module zur Anwendung kommen. Bei der sukzessiven Umstellung der Kochanlagen hat dies zum Beispiel den Vorteil, dass mit einer einmalig für Ricola entwickelten Standardsoftware gearbeitet werden kann. Das senkt den Aufwand pro Kochanlage enorm. Softwareseitig hat sich zudem eine eigens programmierte Schnittstelle zum SAPSystem bewährt. Damit ist praktisch ein komplettes ERP-System (Enterprise Resource Planning) angebunden, und der Hersteller kann auf dieser Basis eine prozessorientierte Materialwirtschaft betreiben. 3/2022

V erfahrenstechnik

Langzeitperspektive ist die beste Voraussetzung Man kann sich vorstellen, wie motiviert Software-Ingenieure an ein solches Projekt herangehen, auch wenn sie sich zu Beginn mit den Details der Produktion zunächst vertraut machen müssen. Dabei hilft sicherlich die Langzeitperspektive: Das Prozessleitsystem wächst, und das Team hat währenddessen die Chance, zu lernen und neue Ideen zu entwickeln. Nur scheinbar steht dies im Gegensatz zum schnellen Takt der Elektronik. Das Beispiel zeigt, dass hier steter Tropfen den Stein höhlt.

Biotech-Anlagen werden mobil In heutigen Anlagen der Pharmaindustrie steckt bereits viel Digitaltechnologie – aktuelle Innovationen reichen von der Planung im Grossen bis zu einzelnen Geräten. (Bild: Roche)

Produktionsseitig geht es im Wesentlichen um das Handling und Verarbeiten von Flüssigprodukten. Temperaturen, Drücke und Fliessgeschwindigkeiten müssen über

Sensoren erfasst werden und lassen sich dann visualisieren. Auch die heute dafür eingesetzten Software-Module hat man über die Jahre entwickelt.

Neben der Digitalisierung grosser und mittelgrosser Prozesse gibt es auch die Aufgabenstellung, kleinere, mobile Einheiten auszurüsten. Hier kommt es insbesondere darauf an, eine geeignete IT/Software und eine spezifische Hardware-Ausrüstung zusammenzubringen.

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Stäubli, Horgen). Und automatische MultiEnergien-Schnellkupplungslösungen ermöglichen einen fehlerfreien Produktionswechsel auf der Anlage: Ob manuell oder automatisch – die Qualität der Messsignalübertragung wird durch eine patentierte Lamellenkontakttechnologie gewährleistet.

Thema Datenintegrität proaktiv angehen

Manueller Produktionswechsel im Handumdrehen: sichere und nachhaltige Übertragung der Messdaten auf einen mobilen Bio-Reaktor. (Bild: Stäubli AG)

Eine hohe Sicherheit während des Betriebs mobiler biotechnologischer Produktionseinheiten schaffen Systeme, die schlimme Folgen von Fehlern von vorneherein verhindern. Man denke zum Beispiel an falsche Handhabung im Zusammenhang mit fehlerhafter Automatisierung,

wie etwa Bugs während der Inbetriebnahme und des Probebetriebs. Bestimmte Flüssigkeitsschnellkupplungen verhindern etwa bei einer Entkopplung der Geräte selbständig eine Entwässerung der (gegebenenfalls mit Chemikalien befüllten) Medien (z. B. Clean-Break-Technologie,

Darüber hinaus gilt für jeden digitalisierten Prozess: Safety first! Denn Datensicherheit ist, laut Roche, sogar das wichtigste und am meisten diskutierte Thema, wenn es um die Digitalisierung von Produktionsprozessen geht. Das Unternehmen fährt dabei eine Doppelstrategie: Durch innovative Tools soll ein bestmöglicher Schutz vor Cyber-Attacken hergestellt und durch gezielte Schulungen ein erhöhtes Bewusstsein für potenzielle Risiken und für risikominimierende Strategien etabliert werden («Security-Kultur»).

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Bevor viel Papier ausgedruckt werden muss: lieber die Anlage mithilfe einer numerischen Strömungssimulation am Bildschirm erkunden. (Grafik: Aseptconn)

Im Bereich Datenintegrität arbeitet Roche vermehrt mit Künstlicher Intelligenz. Damit soll zum Beispiel die Ursachenanalyse bei Prozessabweichungen vereinfacht werden. Hier ist es wichtig, die Algorithmen auf eine Art und Weise zu entwickeln, dass sie von Fachpersonen und später auch von Auditoren validiert werden können («ex plainable AI»). Ein wesentlicher praktischer Tipp betrifft die Computersystemvalidierung (CSV), die zum Aufwendigsten in Umstellungsprozessen «auf digital» zählen kann: Um hier ganz sicher zu gehen, kann die CSV beispielsweise nach «Good Automated Manufacturing Practice» (Gamp5) vorgenommen werden. Dies stellt unter anderem sicher, dass ein Multiparameter-Messsystem mit mehreren vernetzten Geräten und einer gemeinsamen Softwareplattform tatsächlich für den gedachten Zweck geeignet ist, etwa für die gleichzeitige Ermittlung von Temperatur, Druck und Fliessgeschwindigkeit.

Prozessanalytik schafft die Voraussetzungen Für diese Messungen bedarf es selbstverständlich leistungsfähiger prozessanalytischer Systeme – und die werden immer besser. Für den Dreiklang der NamurRoadmap (kabellose Kommunikation, Sensordiagnose und Bereitstellung von Informationen) stehen jetzt verbesserte Druckmessgeräte zur Verfügung. Sie vereinfachen das Management der Dokumente, indem diese über einen QR-Code auf jedem Typenschild abgerufen werden können (Cerabar und Deltabar, Endress + Hauser, Reinach). Die gesamte Bedienung 3/2022

kann über ein mobiles Endgerät erfolgen. Selbstverständlich bieten die zeitgemäs sen Drucktransmitter im laufenden Prozess eine permanente Gerätediagnose und Klartextmeldungen, Geräteverifikation und integrierte Monitoring-Funktionen.

Fazit So läuft die Innovation im Bereich der Digitalisierung von Prozessen auf Hochtouren. Dies gilt auf der ganzen Linie von der Umstellung kompletter Anlagen bis zu einzelnen Geräten. Bisherige Bremsen wie Kommunikationsprobleme zwischen Betreibern und IT-Dienstleistern oder die Angst vor Hackerangriffen sind gelöst oder lassen sich lösen. Die gesamte Bandbreite der hier dargestellten Trends rund um die Digitalisierung von Prozessen in Chemie und Pharma, in Lebensmittelchemie und Biotech erleben die Besucher an der diesjährigen Ilmac Lausanne. Ilmac Lausanne 2022 Dauer: Mittwoch, 28. und Donnerstag, 29. September 2022 Öffnungszeiten: 9.00 bis 17.00 Uhr Ort: Expo Beaulieu Lausanne, Halle 7

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Algorithmen verbessern Biokatalysatoren

Optimierte Enzyme für die chemische Industrie Enzyme gelten als Hoffnungsträger der chemischen Industrie auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit. Ein Forschungsteam der ZHAW optimiert solche Enzyme für den Einsatz in der Industrie. Kürzlich wurde ein Forschungsprojekt des Instituts für Chemie und Biotechnologie im renommierten Fachmagazin «Nature Commu nications» publiziert. Dabei geht es um die algorithmengestützte Optimierung eines Enzyms, das kleine Moleküle halogenieren kann.

Enzyme sind Proteine, die für das Ablaufen vieler lebenswichtiger Prozesse in Lebewesen sorgen. Als natürliche Biokatalysatoren können sie chemische Prozesse «grüner» gestalten. Dies macht sich die Industrie zunutze, um durch den Einsatz von Enzymen auf giftige Chemikalien, seltene Metalle und extreme Reaktionstemperaturen verzichten zu können.

Eiweisse müssen optimiert werden Enzyme sind über viele Milliarden Jahre durch die Evolution für ihre Funktion optimiert worden. In der Industrie haben Enzyme aber andere Aufgaben zu erfüllen als in der Natur. Um die natürlichen «Alleskönner» auch in der industriellen Produktion einsetzen zu können, müssen sie für ihre neuen Aufgaben optimiert werden. Das geschieht mittels «gerichteter Evolution», die meisten Enzyme sind Proteine, die für das Ablaufen vieler lebenswichtiger Prozesse in Lebewesen sorgen. Als natürliche Biokatalysatoren sorgen sie für umweltfreundlichere Pro-

Mit dem Einsatz einer massgeschneiderten Automatisierungsplattform und maschinellem Lernen optimiert Rebecca Buller vom ZHAW-Kompetenzzentrum für Biokatalyse Enzyme für den Einsatz in der Industrie. (Bild: ZHAW/Brüderli)

zesse in der Chemie-Industrie. Dies hat die Branche schon lange erkannt. Dank dem Einsatz von Enzymen kann auf giftige Chemikalien, seltene Metalle und extreme Reaktionstemperaturen verzichtet

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h/ www.snv.c aft h c mitglieds —

werden. Dieses Prinzip wurde im Jahr 2018 mit dem Nobelpreis für Chemie (an die US-Forscher Frances Arnold und George Smith sowie den Briten Sir Gregory Winter) honoriert.

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Massgeschneidertes Enzym zur Halogenierung von Naturstoffen Das Forschungsteam von Rebecca Buller am ZHAW-Institut für Chemie und Biotechnologie in Wädenswil nutzt dieses Verfahren, um Enzyme für die industrielle Verwendung zu optimieren. Im Forschungsprojekt, das im renommierten Fachjournal «Nature Communications» publiziert wurde, haben die Chemikerinnen und Chemiker das Wildtyp-Enzym «Wel05*» erstmals so verändert, dass es einen industriell relevanten, für das Enzym jedoch fremden Naturstoff halogeniert. Halogenierende Enzyme sind in teressant für die chemische und pharmazeutische Industrie. Als Biokatalysatoren können sie sehr spezifisch beispielsweise Chlor oder Brom in eine chemische Verbindung einfügen, mit dem Ziel, deren Bioaktivität zu verändern. Beim industriell relevanten Naturstoff, den das an der ZHAW massgeschneiderte Enzym «Wel05*» erstmals halogeniert, handelt es sich um ein Fungizid, also einen pilzabtötenden Wirkstoff. Das Enzym «Wel05*» optimierten die Forschenden weiter, bis sie eine Halogenase-Variante fanden, welche die 300-fache Menge des Fungizids umsetzen konnte und dies mit 90-facher Geschwindigkeit. Sie haben die Produktivität der Halogenase also massiv gesteigert und auf diese Weise selektivere Derivate des potenten Fungizids entwickelt.

Soraphen A, ein potentes Fungizid, wird mittels algorithmen-optimierter Enzyme passgenau derivatisiert. Die funktionalisierten Derivate des Fungizids zeichnen sich durch ihre geänder te Bioaktivität aus. (Grafik: ZHAW/Johannes Büchler)

Enzymbibliotheken und maschinelles Lernen

Halogenasen eröffnen neue Synthesewege

Gelungen ist dies dem Forschungsteam mit einer richtungsweisenden Kombination aus Enzymbibliotheken und maschinellem Lernen. «Mittels Enzym-Engineerings können wir Aminosäuren in einem Enzym austauschen und so seine Aktivität verändern. Dieses Verfahren eröffnet aber so viele Aminosäurekombinationen, dass wir nicht alle experimentell durchspielen können. Darum produzieren und testen wir nur einen Bruchteil der möglichen Enzymvarianten im Labor – und nutzen Algorithmen, um uns auf Basis dieser Daten noch bessere Kombinationen vorherzusagen zu lassen», erklärt Buller das Potenzial der Methode.

Die von den Forschenden entwickelten Halogenasen eröffnen bereits jetzt neue Synthesewege in der Medizinalchemie. Sie können im kleinen Massstab eingesetzt werden, um im Labor neue Wirkstoffe zu entwickeln, so wie die in der Publikation vorgestellten Fungizide. In einem nächsten Schritt werden die Forschenden «WelO5*» auch für den grösseren Massstab optimieren und ihre Methode auf andere Enzymklassen anwenden. So könnten die Halogenasen der ZHAW in Zukunft eine nachhaltige Alternative in der chemischen und pharmazeutischen Produktion werden. www.zhaw.ch

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Multiple Trennwandkolonne halbiert Energie- und Investitionskosten

Neue Destillationsanlage der Superlative Chemieingenieure haben eine hochleistungsfähige und vor allem nachhaltige Destillationsanlage in Betrieb genommen. Die weltweit einzigartige multiple Trennwandkolonne bewältigt ebenso viele chemische Trennprozesse wie drei übliche Destillationsanlagen in der Industrie. Dabei verbraucht die Kolonne aus Ulm nur halb so viel Energie; die Investitions- und Betriebskosten sind deutlich niedriger. Die Destillation ist ein Kernprozess der chemischen Industrie, der etwa zehn Prozent des globalen Energieverbrauchs ausmacht.

Sie ist fast zehn Meter hoch und erstreckt sich über drei Etagen: Im neuen Technikum der Universität Ulm steht die erste multiple Trennwandkolonne der Welt. Lange Zeit war strittig, ob der Betrieb einer so komplexen Destillationsanlage überhaupt möglich ist. Doch nach viereinhalb Jahren Forschungsarbeit an der Uni Ulm ist die Umsetzung geglückt.

Energieverbrauch um 50 Prozent reduziert «Unsere Machbarkeitsstudien sind sehr vielversprechend. Die multiple Trennwandkolonne erlaubt die Auftrennung eines Gemisches, für das bisher drei Destillationsanlagen erforderlich waren. Dabei ist der Energieverbrauch um bis zu 50 Prozent reduziert», erklärt Professor Thomas Grützner vom Institut für Chemieingenieurwesen.

Die Destillation zählt zu den wichtigsten Prozessen der chemischen Industrie: Etwa zehn Prozent des globalen Energiebedarfs gehen auf das Konto dieses Trennprozesses – von der Rohölaufbereitung bis zur Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe. Zweck des Vorgangs ist nicht nur die Aufreinigung chemischer Produkte, sondern auch das Recycling von Lösemitteln. Von einem zukünftigen Einsatz der multiplen Trennwandkolonne würden Industrieunternehmen enorm profitieren: Die neuartige Destillationsanlage kann ein Gemisch in vier reine Komponenten trennen. Im Vergleich zu bisher eingesetzten Verfahren sind die Investitionskosten nur etwa halb so hoch. Professor Thomas Grützner, der die multiple Trennwandkolonne mit seinem Team erstmals umsetzen konnte, hat selbst viele Jahre in der Chemie-Industrie gearbeitet und ist mit Destillationsprozesse bestens

Die einzigartige multiple Trennwandkolonne erstreckt sich im Technikum der Universität über drei Etagen. (Bild: Eberhardt/Uni Ulm)

Innenansicht der neuartigen Destillationsan lage. (Bild: Eberhardt/Uni Ulm)

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V erfahrenstechnik

vertraut: «Nach meinem Wechsel an die Universität Ulm habe ich sofort mit der Entwicklung der neuartigen Destillationsanlage begonnen», erinnert sich der Chemieingenieur. Zunächst arbeiteten Grützner und sein Team mit mathematischen Modellierungen und Computersimulationen, um insbesondere das dynamische Verhalten der Anlage zu verstehen. Hätten die Forschenden Prozesse einer bislang in der Industrie eingesetzten Trennwandkolonne auf ihr Grossgerät übertragen, würde das «Anfahren», also die Inbetriebnahme, jedes Mal mehr als einen Tag dauern. Dank aufwendiger Computersimulationen ist die Beprobung der multiplen Trennwandkolonne nun schon nach wenigen Stunden möglich.

Spezial-Standort im neuen Technikum der Universität Vor anderthalb Jahren konnten die Chemieingenieurinnen und -ingenieure den

Bau der weltweit ersten multiplen Trennwandkolonne in Auftrag geben – wozu nur wenige europäische Anbieter in der Lage waren. Zeitgleich musste das neue Technikum an der Universität Ulm fertig gestellt werden: In einer explosionsgeschützten Umgebung konnte die Destillationsanlage der Superlative im September 2021 in den Testbetrieb gehen. Das Grossgerät mit einer Heizleistung von 10 kW verfügt über 70 verbaute Sensoren. Der Druck innerhalb der Anlage kann bis zum Vakuum eingestellt werden – je nachdem, welches Gemisch getrennt werden soll. Derzeit lernen die Ulmer Forschenden die multiple Trennwandkolonne sicher zu bedienen, verschiedene Reinheitsgrade einzustellen und auf Störungen zu reagieren. Dabei stehen sie in engem Kontakt mit internationalen Forschungseinrichtungen und potenziellen Anwenderinnen und Anwendern in der chemischen Industrie. «Wenn die multiple Trennwandkolonne

Anwendung in der Industrie findet, trägt unsere Forschung massiv zum Klimaschutz bei. Auf chemische Trennprozesse, die einen relevanten Teil des globalen Energiebedarfs ausmachen, werden Unternehmen auch in Zukunft nicht verzichten können. Die multiple Trennwandkolonne weist den Weg, wie dieser grundlegende Vorgang energieeffizienter werden kann. Mit unserer Anlage wollen wir demonstrieren, dass der Betrieb funktioniert», resümiert Grützner. Die neuartige Destillationsanlage hat etwa 600 000 Euro gekostet – die Hälfte wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Ausserdem unterstützte die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) das Projekt.

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81 Prozent der Schweizer CEOs erwarten ein Wachstum der Weltwirtschaft und drei Viertel sind überzeugt, dass ihre Umsätze mittelfristig zulegen. (Bild: Envato)

Umfrage

Schweizer CEOs sind optimistisch Mit der Jubiläumsausgabe 2022 der «Annual Global CEO Survey» geht die Wirtschaftsprüfungs- und Beratungs gesellschaft PwC zum 25. Mal den aktuellen und zukünftigen Herausforderungen von CEOs weltweit auf den Grund. 81 Prozent der 100 Studienteilnehmenden in der Schweiz geben sich trotz anhaltender Covid-19Pandemie äusserst optimistisch, dass die Weltwirtschaft in den nächsten zwölf Monaten wachsen wird. Dieser Wert ist gegenüber dem Vorjahr um 14 Prozent gestiegen und liegt 4 Prozent über dem globalen Niveau.

Optimismus dominiert auch die Einschätzung der Umsatzentwicklung. 64 Prozent geben sich sehr bis höchst zuversichtlich, dass die Umsätze in den nächsten zwölf Monaten wachsen werden. 74 Prozent sind es beim Umsatzwachstum für die nächsten drei Jahre. Dazu Andreas Staubli, CEO von PwC Schweiz: «Der Wachs-

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tumsoptimismus reflektiert die starke Nachfrage, die im Pandemiezweitjahr 2021 schnell zurückgekehrt ist. Ausserdem sind die Konjunkturprognosen positiv.»

China fällt als Handelspartner zurück In der Studienausgabe 2022 werden die Karten für Aussenhandelsmärkte neu verteilt. Gefragt nach der Relevanz von Ländern mit Auswirkungen auf das Umsatzwachstum in den nächsten zwölf Monaten nennen 52 Prozent der Studienteilnehmenden Deutschland (2020: 39 %), 50 Prozent die USA (2020: 45 %) und 27 Prozent China (2020: 39 %). Die Schweizer CEOs gehen offenbar davon aus, dass es aufgrund des neuen Fünfjahresplanes der Volksrepublik für ausländische Unter-

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nehmen immer schwieriger wird, Geld in und mit China zu verdienen.

Sorgenkind Nummer 1: Cyberkriminalität Cyberrisiken führen das Besorgnisbarometer auch dieses Jahr mit 100 Prozent Nennungen an (global: 96 %). Einerseits sind Cyberattacken medial omnipräsent, andererseits hat sich seit kurzem ein geschärftes Verständnis für Cyberattacken und deren Folgen entwickelt. Viele Führungskräfte kennen Betroffene aus ihrem beruflichen Netzwerk. 82 Prozent glauben, eine Cyberattacke könnte es verunmöglichen, Produkte oder Services zu verkaufen (global: 59 %). Letztlich haben es die hoch professionalisierten Angreifer auf IT-basierte, geschäftskritische Prozesse wie Verkauf, Marketing, Vertrieb oder Öffentlich3/2022

M anagement

keitsarbeit abgesehen – zum Beispiel durch Erpressung (Ransomware).

Nachhaltigkeit ja, nur wie? Beim Klimawandel schlägt das Bedrohungsbarometer mit 85 Prozent Nennungen am fünftstärksten aus. Entsprechend hoch werten die CEOs die Dringlichkeit, nachhaltig zu wirtschaften – zum Beispiel mit einem Netto-Null-Versprechen, über CO2-Neutralität oder eine Berichterstattung nach ESG-Kriterien (Environmental, Social, Governance). In der Umsetzung derartiger Strategien zeigen sich die CEOs verhalten: 45 Prozent haben bis heute keine CO2-Neutralitätsverpflichtung abgegeben (global: 41 %) und 55 Prozent haben kein Netto-Null-Ziel definiert (global: 44 %). 65 Prozent sind pessimistisch, CO2-Neutralität oder Netto-Null überhaupt erreichen zu können (global: 55 %). Zu diesem Zögern meint Andreas Staubli, CEO von PwC Schweiz: «Die meisten Branchen haben vom Krisenmodus direkt zum Nachhaltigkeitsfokus gewechselt. Doch offenbar ist der Wunsch nach mehr ESG (Environment, Social, Governance) nicht überall mit der Preiselastizität der Märkte vereinbar.» Bei der Definition und Messbarkeit von ESG-Zielen tritt ebenfalls Zurückhaltung zutage. 88 Prozent der befragten CEOs

Über die Befragung Die Erhebung des «25 th Annual Global CEO Survey» fand im November 2021 statt und wurde im Januar 2022 publiziert. Weltweit wurden insgesamt 4446 CEOs aus 89 Ländern befragt, davon 100 in der Schweiz. Von den 100 CEOs, die an der Schweizer Ausgabe teilgenommen haben, vertreten 35 % die Fertigungsindustrie, 27 % den Detailhandel und Konsumgütermarkt, 15 % die Finanzdienstleister, 10 % die Gesundheitsbranche, 9 % die Chemie-/Metall-/Energie- und 4 % die Telco- und Techbranche. 50 % der teilnehmenden Unternehmen beschäftigen weniger als 500 Mitarbeitende, 14 % zwischen 500 und 999 und 34 % über 1000. 28 % der Unternehmen sind börsenkotiert, 72 % befinden sich in Privatbesitz und 13 % vertreten die öffentliche Hand. 44 % der befragten CEOs führen Schweizer Familienunternehmen mit mindestens 32 % des Aktienanteils in Familienhand. www.pwc.ch

gehen davon aus, ihre Unternehmen emittierten keine nennenswerten Mengen an Treibhausgasen. Nur 44 Prozent integrieren quantitative Ziele zur Reduktion von Treibhausgasemissionen in ihre Langzeitstrategie. Und 91 Prozent erklären, ihr Unternehmen könne Treibhausgasemissionen derzeit nicht messen.

Strategische Veränderungen aktivieren Transaktionsmarkt 67 Prozent der Studienteilnehmenden stoppen jährlich oder häufiger Projekte mit geringem Potenzial oder fehlendem Fokus. 83 Prozent investieren regelmässig (jährlich oder häufiger) in hoch potenziel-

le Projekte. Das Antwortenbild der Strategiedynamik widerspiegelt die Aktualität im Transaktionsmarkt (M&A): Derzeit werden so viele Unternehmenstransaktionen vollzogen wie noch nie. Solche bieten interessante Chancen für die Konzentration aufs Kerngeschäft, anorganisches Wachstum oder strategische Konsolidierungen. Derartige Anpassungen erfolgen im Rahmen einer Transformation, wie sie vielen Unternehmen durch den Wandel der Branche oder den Nachhaltigkeitsfokus bevorsteht.

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Chemiker entwickeln eine elegante Methode, um Textilien aus Baumwolle feuerfest zu machen. (Bild: Envato)

Flammschutz

Feuerfest und anschmiegsam Ein neues, an der Empa entwickeltes chemisches Verfahren macht aus Baumwolle ein schwer entflammbares Gewebe, das trotzdem die hautfreundlichen Eigenschaften von Baumwolle behält.

Rainer Klose ¹ Herkömmliche flammhemmende Baumwolltextilien enthalten oft Rückstände von Formaldehyd und sind zudem unangenehm auf der Haut. Wissenschaftlern der ist es gelungen, dieses Problem zu umge¹ Empa

hen, indem sie ein physikalisch und chemisch unabhängiges Netzwerk im Inneren der Fasern schufen. So bleiben die positiven Eigenschaften der Baumwollfaser erhalten, die drei Viertel des weltweiten Bedarfs an Naturfasern in Kleidung und Heimtextilien ausmachen: Baumwolle ist hautfreundlich, weil sie erhebliche Mengen an Wasser aufnehmen kann und ein

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günstiges Mikroklima auf der Haut gewährleistet. Für Feuerwehrleute und andere Einsatzkräfte ist die Schutzkleidung die wichtigste Barriere. Für solche Zwecke wird hauptsächlich Baumwolle als innere Textilschicht verwendet, die jedoch zusätzliche Eigenschaften benötigt: Sie muss etwa feuerfest sein oder vor biologischen Schadstoffen

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schützen. Dennoch sollte sie nicht wasserabweisend sein, weil dies ein unangenehmes Mikroklima schaffen würde. Diese zusätzlichen Eigenschaften können durch geeignete chemische Modifikationen in die Baumwollfasern «eingebaut» werden.

Dauerhaft aber toxisch «Bislang war es immer ein Kompromiss, Baumwolle feuerfest zu machen», sagt der Chemiker und Polymerexperte Sabyasachi Gaan aus der Empa-Abteilung «Advanced Fibers». Waschbeständige, flammhemmende Baumwolle wird in der Industrie durch die Behandlung des Gewebes mit Flammschutzmitteln hergestellt, die sich chemisch mit der Zellulose in der Baumwolle verbinden. Derzeit hat die Textilindustrie keine andere Wahl, als auf Formaldehyd basierende Chemikalien zu verwenden – und Formaldehyd gilt als krebserregend. Ein jahrzehntealtes Pro blem. Formaldehyd-basierte Flammschutzmittel sind zwar langlebig, haben aber weitere Nachteile: Die OH-Gruppen der Zellulose werden chemisch blockiert, was die Fähigkeit der Baumwolle, Wasser aufzunehmen, erheblich mindert, und zu einem unangenehmen Tragegefühl der Textilien führt. Gaan kennt die Chemie der Baumwollfasern gut und hat an der Empa viele Jahre lang Flammschutzmittel auf Basis der Phosphorchemie entwickelt, die bereits in vielen industriellen Anwendungen einge-

Sabyasachi Gaan nutzt Dampf aus einem handelsüblichen Schnellkochtopf, um Proben von Baumwollstoff flammhemmend auszurüsten. (Bild: Empa)

setzt werden. Nun ist es ihm gelungen, einen eleganten und einfachen Weg zu finden, Phosphor in Form eines unabhängigen Netzwerks in der Baumwolle zu verankern.

Chemisches Netzwerk zwischen den Baumwollfasern Gaan und seine Forscherkollegen Rashid Nazir, Dambarudhar Parida und Joel Borgstädt nutzten eine trifunktionale Phosphorverbindung (Trivinylphosphinoxid),

die die Fähigkeit besitzt, nur mit bestimmten zugesetzten Molekülen (Stickstoffverbindungen wie Piperazin) zu reagieren und ein eigenes Netzwerk im Inneren der Baumwolle zu bilden. Dadurch wird die Baumwolle dauerhaft feuerbeständig, ohne die günstigen OH-Gruppen zu blockieren. Darüber hinaus ist das physikalische Phosphinoxid-Netzwerk auch noch hydrophil und nimmt zusätzlich Feuchtigkeit auf. Diese flammhemmende Ausrüstung enthält kein krebserregendes Formal-

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Ein Gel, das Medikamente freisetzt Die neuartige Phosphorchemie kann auch für die Entwicklung anderer Materialien genutzt werden, etwa für die Herstellung von Hydrogelen, die bei wechselndem pH-Wert gezielt Medikamente freisetzen können. Solche Gele könnten Anwendung bei der Behandlung von Wunden finden, die nur langsam heilen. Bei solchen Wunden steigt der pH-Wert der Hautoberfläche an, und die neuen phosphorbasierten Gele können so getriggert werden, dass sie gezielt Medikamente auf die Wunde dosieren oder einen Farbstoff freisetzen, der Ärzte und Pflegepersonal auf das Problem aufmerksam macht. Die Empa hat auch die Herstellung solcher Hydrogele patentiert.

dehyd, das vor allem die Textilarbeiter bei der Herstellung gefährden würde, und die Phosphinoxid-Netzwerke waschen sich auch nicht aus: Nach 50 Waschgängen sind noch 95 Prozent des Flammschutznetzwerks im Gewebe vorhanden. Um der an der Empa entwickelten flammhemmenden Baumwolle zusätzliche Schutzfunktionen zu verleihen, brachten die Forscher Silber-Nanopartikel in das Gewebe ein. Dies funktioniert in einem einstufigen Prozess zusammen mit der Erzeugung der Phosphinoxid-Netzwerke. Die Silber-Nanopartikel verleihen der Faser antimikrobielle Eigenschaften und überleben selbst 50 Waschgänge.

Eine Hightech-Lösung aus dem Schnellkochtopf «Wir haben einen einfachen Ansatz verwendet, um die Phosphinoxid-Netzwerke im Inneren der Zellulose zu fixieren», sagt Gaan. «Für unsere Laborexperimente haben wir die Baumwolle zunächst mit einer wässrigen Lösung von Phosphor- und Stickstoffverbindungen behandelt und anschliessend in einem handelsüblichen Schnellkochtopf gedämpft, um die Vernetzungsreaktion der Phosphor- und Stickstoffmoleküle zu erleichtern.» Der Anwendungsprozess ist mit den in der Textilindustrie bereits eingesetzten Behandlungsmaschinen kompatibel. «Das Dämpfen von Textilien nach dem Färben, Bedrucken und Veredeln ist ein normaler Schritt in der Textilindustrie. Es ist also keine zusätzliche Investition nötig, um unser Verfahren anzuwenden», so der Chemiker. Inzwischen ist diese neu entwickelte Phosphorchemie und ihre Anwendung durch eine Patentanmeldung geschützt. «Es bleiben noch zwei wichtige Hürden», so Gaan. «Für die zukünftige Kommerzialisierung müssen wir einen geeigneten Chemikalienhersteller finden, der Trivinylphosphinoxid herstellen und liefern kann. Ausserdem muss Trivinylphosphinoxid noch in der EU-Chemikaliendatenbank Reach registriert werden, damit sie problemlos gehandelt und transportiert werden kann.»

Mehr Informationen:

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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 Lass uns Corona brauen Damals war ich wohl ein wenig naiv, im Sommer 2020. Voller Hoffnung, dass nach dem ersten Lockdown mit dem Besuch des Zürcher Zoos Corona einfach so weggefegt wäre. Ungefähr so, wie das fleissige Zoopersonal abends die Häufchen im Elefantenhaus beiseite räumt . . . Wir alle wissen, ich war viel zu naiv. Gerade deshalb wähle ich, quasi zu Ehren von Corona, ganz bewusst den Titel für diesen Bericht. Wiederum etwas naiv und doch hoffnungsvoll gestimmt, um Corona zu schmeicheln und auf einen plötzlichen endemischen Verlauf der Pandemie zu hoffen. Lass uns Corona brauen. Die Bieridee des gemeinsamen Brauens kommt einmal mehr von Dieter, unserem Präsidenten, der eigentlich fast alles kann, selbst Corona beseitigen, solange es sich um den goldgelben Gerstensaft handelt. Unser Bier soll teuflisch gut munden, noch besser als Corona, weshalb wir den Stadtmauer-Brauer im Teufelhof Basel aufsuchen. Flüssiges Brot Einigermassen gut gesichert ist die Erkenntnis, dass Bier sich schon seit vielen tausend Jahren als beliebtes Getränk in die 3/2022

Kehlen durstiger Leute verirrt. Corona ähnlich verteilt es sich danach im Körper des Menschen. Mal mit mehr, mal mit weniger verheerenden Folgen. Die Dosis macht das Gift… Wir dürfen verschiedene flüssige Brote der Stadtmauer Brauerei kosten. Einen Grund für unseren Durst gibt es selbstverständlich und es ist nicht Hitze in der kalten Brauerei: Ja, wir legen kräftig Hand an und lernen dabei so einiges über die Kunst des Brauens. Der Mensch lebt nicht vom Brot allein – auch dann nicht, wenn es flüssig ist. Aus der Küche des Teufelhofs erreicht uns ein höllisch gutes Menü, welches uns für die nächsten Arbeitsschritte mit Energie versorgt. Pssst! Das Rezept nicht weiter erzählen . . . Nach dem harten, aber – Bier sei Dank – gerechten Arbeitstag kennen wir die sieben Schritte der Herstellung flüssiger Brote. Sie seien hier dargelegt: – Man schrote (aufbrechen) die Malzkörner, um die im Korn enthaltene Stärke freizusetzen. – Man mische und erhitze Malzschrot und Wasser, um

Schritt 2 – das Maischen. Fleis sig und mit grosser Leidenschaft packt die Familie Petryna an, während unser Präsident die Qualität im Auge behält.

Jeder erkennt sofort, dass Peter üblicherweise Wein im Glas schwenkt. (Bilder: Patrick Mer kofer)

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dem Malz die Essenzen zu entlocken. Man läutere. Dies meint das Trennen des Getreidebreis in Treber und Würze (das Hauptprodukt). Man koche die Würze unter Zugabe von Hopfen Ausschlagen und kühlen im Whirlpool (jawohl, Whirlpool). Man nehme Hefe und lasse die Suppe, pardon Würze, gären. Gut Ding will Weile haben. 2 bis 3 Wochen um genau zu sein, um dem Bier Reinheit zu geben.

Gökmen erweist sich als erst klassiger Gastgeber – nicht nur beim Zapfen von Bier.

Ein Mann mit Weitblick? Pierre mit dem Refraktometer.

VERBANDSSEITE

Akkordarbeiter Dieter beim Schau feln des Trebers.

Eben noch in Farbe, schon bald in Schwarzweiss auf dem Etikett unseres Bieres. Gruppenfoto der fleissigen Brauer, die sich für das Foto kurz der Maske entledigen.

Der Schreiberling mit grossem Stolz am kleinen Braukessel.

Treber, das Nebenprodukt, eignet sich übrigens hervorragend als Backzutat für ein herzhaftes Treberbrot. So als Inspiration für eine Backorgie im nächsten Lockdown (den es hoffentlich nicht mehr geben wird). Wie mundet Treschers Craft Beer? Keine Ahnung, es muss ja noch zwei bis drei Wochen lagern. So lange müssen wir uns noch gedulden und verweilen uns deshalb bei der Aufgabe, die Bieretikette zu gestalten und dem Bier einen etwas schöne-

ren Namen als Corona zu geben. Zugegeben: wir waren schon kreativer, haben dann aber doch einen passenden Namen erkoren. Unser Bier soll Treschers Craft Beer heissen. Craft, weil sorgfältig handgebraut. Trescher, weil wir über Treber auf den Namen unseres langjährigen und stets sehr geschätzten Kassiers Peter Trescher stossen. Peter, unser Bier, mit deinem Namen, zu unser aller Wohl. Prost!

Patrick Merkofer

SEKTION NORDWESTSCHWEIZ Bericht der 24. Generalversammlung vom 4. Februar 2022 Trotz der gegenwärtigen Lage in Bezug auf die Covid-19-Pandemie hat die SCV Sektion NWS, die ordentliche Generalversammlung am 4. Februar 2022 im üblichen und gewohnten Rahmen durchgeführt. Das heisst im Hotel Alfa konnte der Vorstand, nach dem Check-In mit gültigem Covid-19-Zertifikat, eine stattliche Schar persönlich vor Ort begrüssen. Grundstimmung der Anwesenden: «Endlich wieder einmal die Kollegen physisch sehen und mit ihnen sprechen und Neuigkeiten austauschen». Kolleginnen waren leider auch an dieser Generalversammlung keine anwesend. Im grossen Speisesaal im Hotel Alfa in Birsfelden waren 13 Mitglieder und 5 Vorstandsmitglieder der Sektion Nordwestschweiz anwesend. Der Zentralverband wurde durch den ZV-Präsidenten Kurt Bächtold vertreten. Entschuldigt haben sich 15 Mitglieder. Zu Beginn der Versammlung wurden die Anwesenden durch 48

den Versammlungsleiter Martino Villani offiziell willkommen geheissen und darauf hingewiesen, dass mit der heutigen Generalversammlung unser 25-jähriges Sektionsjubiläum startete und mit einer Jubiläums Generalversammlung im Jahr 2023 abgeschlossen wird. Nachdem die Stimmenzähler Roland Gisin und Peter Trescher von der Versammlung mit Applaus gewählt und die Beschlussfähigkeit festgestellt wurden, ging es zügig durch die Traktanden. Das Protokoll der 23. Generalversammlung vom 16. März 2021, die aufgrund von behördliche angeordneten Covid-19-Massnahmen schriftlich und brieflich durchgeführt werden musste, von den anwesenden stimmberechtigten Mitgliedern ohne Änderungen genehmigt und dem Protokollführer Martin Nagel verdankt. Nun folgten die Jahresberichte der Sektion Nordwestschweiz. Im Präsidialbericht vorgetragen

durch Martin Nagel wurde bezugnehmend auf Aktualitäten, Entwicklungen und Aktivitäten das vergangene Jahr der Sektion NWS zusammengefasst. Im Bericht der Chargen, vorgetragen durch Paul Studer, wurden die Charge Freizeit & Kultur sowie die Charge Beruf & Technik reflektiert. Ein für die Planung von Events äusserst schwieriges Jahr sei 2021 gewesen, erklärte Paul Studer den Versammlungsteilnehmern. Im August wurde ein Grill-Event auf der Sichtern organisiert und bei idealen Wetterbedingungen durchgeführt. Beim Grillen des mitgebrachten Grillgutes konnte munter gefachsimpelt oder die eine oder andere Anekdote zum Besten gegeben werden. Das Ende des Sektionsjahres 2021 markierte der Bowling-Event. Unter dem Motto «Wo der Spass ins Rollen kommt» wurde eine ruhige, aber zielsichere Kugel geschoben, so Paul Studer in seinem Bericht.

Durch unseren Kassier Peter Tallowitz wurden die Veränderungen im Mitgliederbestand 2021 aufgezeigt. Im vergangenen Berichtsjahr 2021 mussten wir auch von 2 Mitgliedern für immer Abschied nehmen. Zur Totenehrung von Frei Alois und Gasparini Ferdinand bat Peter Tallowitz die Versammlung, sich für eine Gedenkminute von den Sitzen zu erheben. Weiter ging es mit dem Kassabericht und der Bilanz. Die von der Versammlung gestellten Fragen wurden von Kassier Peter Tallowitz zufriedenstellend beantwortet. Nach der Präsentation der Rechnung 2021 wurde auf Antrag des Revisors Thomas Nagy unserem Kassier Peter Tallowitz einstimmig Decharge sowie dem Gesamtvorstand Entlastung erteilt. Eric Scotzniovsky nahm nun seine Funktion als von der Versammlung gewähltem Tagespräsidenten in routinierter Manier wahr und führte durch die folgenden Wahlen. 3/2022

VERBANDSSEITE

Co-Präsidium: Zusätzliche Vorstandsmitglieder Martino Villani: Co-Präsident Peter Tallowitz: Kassier Martin Nagel: Co-Präsident und Sekretär Felice Bertolami: Freizeit und Kultur Paul Studer: Beruf und Technik Revisoren Georg Wolf: 1. Revisor Werner Meyer: 2. Revisor Thoma Nagy: Ersatz Revisor Delegierte Sektion NWS Urs Kohler, Martin Nagel und Thomas Nagy Ersatzdelegierter: Georg Wolf Sämtliche Kandidaten wurden wie vorgesehen einstimmig und ohne Gegenstimme gewählt respektive von der Versammlung bestätigt. Nach dem Wahlakt wurde Eric Scotzniovsky mit viel Applaus und einer Flasche Wein von seinem Amt entbunden. Im Traktandum Anträge wurde lediglich vom Sektionsvorstand ein Antrag eingereicht. Dieser Antrag hatte zum Ziel, die Sektionskorrespondenz mit unseren Mitgliedern nur noch elektronisch über die in der Mitgliederliste verifizierte E-Mail-Adresse durchzuführen. Für Mitglieder, die über keine E-Mail-Adresse verfügen, wird selbstverständlich die Korrespondenz via Postversand beibehalten. Martin Nagel begründet den Antrag wie folgt: – Kosteneinsparungen aufgrund der steigenden Druckund Portokosten. – Kontinuität erhalten, da nicht mehr hundertprozentig auf den Goodwill von Sponsoren gesetzt werden kann. – Nachhaltigkeit in der heutigen Zeit ist ein Muss. – Mit der Einführung «Rechnung mit QR Code» kann 3/2022

der Versand mit E-Mail problemlos erfolgen. Die anwesenden Mitglieder erklärten den Antrag nach kurzer Diskussion als verbindlich und erteilten dem Vorstand den Auftrag die Umstellung, von Postversand auf Versand an die E-Mail-Adresse zu realisieren. Für das Jahresprogramm 2022 hat der Vorstand eine Liste mit fünf Anlässen zusammengestellt. Die Versammlungsteilnehmer haben die Liste diskutiert. Auch wurden Anregungen eingebracht, die der Vorstand gerne entgegennimmt. Anschliessend wurde das Jahresprogramm durch die Versammlung gutgeheissen und ins Programm aufgenommen. Die Höhe der Mitgliederbeiträge wird auch 2022 wie gehabt beibehalten und das Budget 2022 wurde ebenfalls angenommen. Der SCV Zentralverband, vertreten durch ZV-Präsident Kurt Bächtold, zeigte sich erfreut, dass bei uns eine physische Generalversammlung durchgeführt wird. Es ist halt schon angenehmer, sich zu sehen im gleichen Raum anstatt via Computer und Headset. Weniger erfreut war Kurt betreffend Rekrutierung von Neumitgliedern. Trotz diversen Anstrengungen wie z. B. Mitglieder werben Mitglieder war der Erfolg gleich null. Kurt Bächtold stellte folgende Schlüsselfrage in den Raum: «Wie können wir junge Menschen heutzutage begeistern, bei uns mitzumachen?» Abschliessend bedankte sich Kurt für die Einladung und wünschte der Sektion viel Erfolg. Als nächstes Traktandum standen Ehrungen auf dem Programm. Insgesamt durften wir 11 Personen wegen ihrer langjährigen Mitgliedschaft von 30, 40, 50 oder sogar 55 Jahren

eine Flasche Rotwein übergeben und für ihre Treue herzlich danken. Am Ende bestand nun die Möglichkeit unter dem Traktandum Diverses, dass sich Mitglieder zu Wort melden. Eine Wortmeldung war aufgrund der erfolglosen Neumitgliederrekrutierung die Anregung, dass sich die Sektion und der Vorstand gerade jetzt Gedanken machen müssten, wie es mit der Sektion in Zukunft weitergeht. Im Anschluss an die Versamm lung wurde traditionell ein feines Essen vom Hotel Alfa serviert. Nach gemütlichem Beisammensein und interessanten Diskussionen wurden die diesjährige Generalversammlung beendet und der Heimweg angetreten. Jubilare 2020/2021 An der 24. Generalversammlung konnten wieder zahlreiche Mitglieder für ihre langjährige Sektionszugehörigkeit geehrt werden. Da die 23. Generalversammlung 2021 schriftlich und ohne physische Teilnahme durchgeführt wurde, sind die Jubilare 2020 nun nachträglich geehrt worden. Anwesende Jubilare 2020 – Verbandszugehörigkeit in Klammern

Remo Milani (40 J, v. l.), Othmar Hohl (50 J.) und Leopold Lore tan (40 J.) (Bilder: Sektion Nord westschweiz)

Georg Wolf (v. l.), Roland Gisin und Raymond Zufferey

Thomas Nagy (v. l.), Hanspeter Itin, Martin Nagel und Paul Studer

Siegfried Bühler (r.)

Jubilare welche sich für die Teilnahme an der Generalversammlung entschuldigt haben: 55-jährige Verbandszugehörigkeit 2021: Antonio Menegatti 50-jährige Verbandszugehörigkeit 2021: Urs Häring 45-jährige Verbandszugehörigkeit 2020: Peter Steiner 45-jährige Verbandszugehörigkeit 2020: Werner Meier 45-jährige Verbandszugehörigkeit 2021: Hans Aeberhard 40-jährige Verbandszugehörigkeit 2020: Markus Degen

Martin Nagel, SCV Sektion NWS 49

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für jedes Labor, um Arbeitsunterbrechungen auf ein Minimum zu reduzieren. Das Wiederverwenden von leeren Racks sowie die Reduktion von Kunststoffabfällen sind zudem wichtige Beiträge zum Umweltschutz. Das umfassende Qualitix-Pipettenspitzen-Programm ist kompatibel mit Mikropipetten von Socorex sowie sämtlicher Marken.

Socorex Isba SA CH-1024 Ecublens socorex@socorex.com www.socorex.com

Mehr Cyber- und IT-Sicherheit: Zertifizierung für Produktionsleitsystem Die Yokogawa Electric Corporation hat die ISASecure-CSA-Zertifizierung Level 1 für ihr integriertes Produktionsleitsystem Centum VP erhalten. Mit dieser Zertifizierung entsprechen Centum VP und die sicherheitsgerichtete Steuerung ProSafe-RS von Yokogawa nun beide den neuesten internationalen Sicherheitsstandards. Auch durch die verstärkte Nutzung von Remote-Zugriffen auf Systeme während der Covid-19-Pandemie nimmt die Zahl der Cyberangriffe auf Produktionsanlagen weltweit zu, und sie werden immer raffinierter. Deshalb wird die Einhaltung

internationaler Sicherheitsnormen und -standards für Unternehmen immer wichtiger. Systemkomponenten mit ISASecure-CSA-Zertifizierung entsprechen den internationalen Normen IEC 62443-4-1 und IEC 62443-4-2, die sich auf die IT-Sicherheit von industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystemen beziehen. Die sicherheitsgerichteten Steuerungen ProSafe-RS mit Sicherheitsintegritätsstufe 3 (SIL3) und ProSafe-RS Lite mit Sicherheitsintegritätsstufe 2 (SIL2) erhielten im Mai bzw. Juli 2021 die ISASecure CSA-Zertifizierung Level 1.

Anlage überprüft. Wird ein Fehler erkannt, wird ein Systemalarm ausgegeben. Mit dem Upgrade auf die neueste Version Centum VP R6.09 können Bediener von ihren Arbeitsplätzen aus direkt auf die Bildschirme des Collaborative Information Servers (CI Server) zugreifen und so in Echtzeit Daten über den Betriebsstatus von Anlagen und Geräten abrufen. Das Prozessleitsystem Centum VP wurde um eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) erweitert, die regelmässig die Integrität der Programme und Datenbanken der Feldkontrollstationen (FCS) einer

Yokogawa Europe Branches B.V., Swiss Branch Allschwil CH-4123 Allschwil stefan.lugert@ch.yokogawa.com www.yokogawa.com/ch

Ventilautomatisierung für eine moderne Anlagensteuerung Der Ventilhersteller Gemü erweitert sein Produktportfolio an Automatisierungskomponenten für die Prozessindustrie. Die neuen Stellungsrückmelder Gemü 1240, 1241 und 1242 sowie die Ventilanschaltungen Gemü 4240, 4241 und 4242 sorgen für eine zuverlässige Erfassung der Endlagen von Ventilen und bilden die Basis für eine erfolgreiche Prozessautomatisierung – auch in explosionsgefährdeten Bereichen. Bei den Stellungsrückmeldern und Ventilanschaltungen wird die Endlage der Prozessventile über einen integrierten Sensor erfasst und durch ein Signal an die Anlagensteuerung übermittelt. Bei Ventilanschaltungen kann das Prozess-

ventil mithilfe des integrierten Vorsteuerventils zusätzlich angesteuert werden. Prozessventil und Automatisierungskomponente werden da-

bei optimal aufeinander abgestimmt. Das Gesamtsystem wird voreingestellt und geprüft und spart Anwendern so Aufwand bei Logistik, Installation und Dokumentation. Die neuen Stellungsrückmelder und Ventilanschaltungen sind mit einfachwirkenden oder doppeltwirkenden linearen Hubantrieben oder Schwenkantrieben kombinierbar und somit für Membran-, Sitz- und Membransitzventile sowie für Kugelhähne und Absperrklappen geeignet. Anwendern stehen Ausführungen mit einfachen Näherungsschaltern oder Mikroschaltern zur Verfügung. Gemü bietet aber auch programmierbare Lösungen mit 24V-, AS-Interface-, DeviceNet- sowie IO-Link-Schnitt-

stelle für eine moderne Prozessautomatisierung an. Für explosionsgefährdete Bereiche sind Ausführungen mit Atex, IECex bzw. NEC-Zulassungen erhältlich. Besonders bei Anlagen mit hohen Sicherheits- oder Qualitätsanforderungen erreichen Anwender somit eine zuverlässige Überwachung der verbauten Ventile.

Gemü Vertriebs AG Vertrieb Ventil-, Messund Regeltechnik CH-6343 Rotkreuz vertriebsag@gemue.ch www.gemue.ch

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PRODUKTE

Berghof Hoch& Nieder-DruckReaktoren Halogen-Trocknungswaage: Produkte in 5 Minuten trocken Mit dem Smart Q hat CEM einen äusserst schnellen Halogen-Trocknungswaage als Feuchtebestimmer entwickelt. Gegenüber den klassischen Halogen- und IR-Feuchtebestimmern trocknet er sehr viel schneller – in typischerweise fünf Minuten – die Proben und erzielt dabei noch eine höhere Präzision der Feuchtegehalte. Mit einer präzisen vierstelligen Analysenwaage und einer dreistelligen Feuchtigkeitsanzeige liefert das Gerät zuverlässige, wiederholbare Ergebnisse. Es verwendet eine genaue Regelung der Probentemperatur und eine aktive Belüftung der Trocknungskammer, weshalb es die Proben äusserst schnell trocknen kann. Typische Anwendungsgebiete sind

Proben mit geringen Feuchtegehalten wie beispielsweise Pharmazeutika, Tierfutter, Milchpulver, Bonbons, Marzipan und Kunststoffe. Aber auch Proben mit Lösemitteln und Proben mit hohen Feuchtegehalten wie z. B.: – Lebensmittel (Fleisch, Wurstwaren, Saucen, Pasten, Dosennahrung) – Tiernahrung (Katzen- und Hundefutter)

mit & ohne PTFE-Lining

– Molkereiprodukte (Käse, Glace, Joghurt, Butter, Quark) – Milchpulver – Papier und Pulp – Latex – Farben und Lacke – Kleber – Harze – Pharmazeutika – Industriechemikalien – Dispersionen – Schlamm – Abwasser

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CEM GmbH D-47475 Kamp-Lintfort info@cem.de www.cem.de

bis 25 ml oder bis 40 ml

Lösungen für schwierig zu entleerende Big Bags

Beim Entleeren von schwierigen Produkten kann es vorkommen, dass die Schüttgüter im Big Bag so stark verdichtet sind, dass sie zusammenbacken, Brücken bilden oder Klumpen entstehen. Dies kann es sehr schwierig machen, den Big Bag vollständig zu entlee-

ren. Der Einsatz eines Big Bags kann deshalb für solche Produkte sehr anspruchsvoll sein, häufig lässt sich aber eine passende Lösung finden. Gericke bietet viele Möglichkeiten, um die richtige Prozesskonfiguration je nach Produkt zu finden. Mit dem modularen BBU-System lässt sich alles passend kombinieren. Diese Optionen bestehen zum Beispiel aus einem Vibrationstisch und Walkvorrichtungen zum Austragen der Schüttgüter. Für die Restentleerung kann eine Streckeinheit wertvolle Dienste leisten.

Ein wichtiger Vorteil ist, dass Gericke über Testcenter verfügt, die bestätigen, dass der Anwender die korrekte Einrichtung für sein Produkt und seine Umgebung gewählt hat. Im Zentrum steht auch die staubfreie und sichere Handhabung der Big Bags und dass das Design den neuesten ergonomischen Prinzipien entspricht.

75 ml bis 5700 ml

Gericke AG CH-8105 Regensdorf info@gerickegroup.com www.gerickegroup.com

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PRODUKTE

Code-Reader für Einzelröhrchen und Racks in weniger als 1 Sekunde. Der Reader ist ein «Plug & Play»-Gerät und benötigt keine Software zur Installation. Dadurch ist er nicht nur bequem zu bedienen, sondern auch sehr einfach einzurichten. Mit ihm können die ausgelesenen Daten der Tubes/Racks an mehrere Programme gleichzeitig gesendet werden. Um die korrekte Übertragung der Daten zu gewährleisten, verwendet der Reader einen speziellen Keyboard Wedge (KBW) sowie eine leistungsstarke Dekodierungseinheit, die den Auslesevorgang sehr zuverlässig macht. Der «Micronic Code Reader DT510» ist aufgrund seines innovativen Designs für jedes Labor und jede Biobank geeignet. Er scannt 1D-Barcodes auf Tubes und Racks und 2D-Datamatrix-codierte Röhrchen (im 96-, 48- und 24-Well-Format)

NBS Scientific D-69469 Weinheim info@nbsscientific.de www.nbsscientific.de

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Zwei neue Broschüren für Getränke-Hersteller

In der Getränkeindustrie können selbst geringste Verunreinigungen und Kontaminationen der Getränke für den Hersteller zu gross en wirtschaftlichen Schäden und Imageverlust führen. Um dieses Risiko zu reduzieren und Endkonsumenten unbedenkliche Produkte anbieten zu können, hat neben vielen anderen Mechanismen die mikrobiologische Qualitätskontrolle einen wichtigen Stellenwert im Prozess. Zuverlässige und erfahre-

ne Partner sind für diese Analytik unerlässlich. Diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist der Dr. Möller & Schmelz GmbH ein grosses Anliegen. Die beiden neuen Broschüren, eine für Brauereien und eine für Mineralwasserund Softdrink-Hersteller, sind speziell auf die jeweiligen Bedürfnisse ausgerichtet. Sie bieten gebündelt Informationen rund um die passenden Nährmedien für mikrobiologische Analysen und erleichtern so die Planung und Durchführung der Qualitätssicherung für den Anwender im Labor.

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

Sicherer Umgang bei kryogenen Temperaturen Biologische Proben sind wertvoll, solange sie eindeutig identifizierbar sind und zuverlässig aufbewahrt werden. Die Robotiklösung «Smartfreezer» der Serie Angelantoni ermöglicht eine vollautomatisierte Lagerung und Entnahme von Ampullen mit biologischem Material bei kryogenen Temperaturen. Risiken und Komplikationen, wie sie oft bei manueller Ein- und Auslagerung von Proben bei kryogenen Temperaturen entstehen, werden durch die vollautomatische Lösung eliminiert. Das Be- und Entladen erfolgt einzeln pro Ampulle. Dadurch wird vermieden, dass die im Gerät gelagerten Proben unnötigem thermischen Stress ausgesetzt werden. Mitarbeitende kommen während der Benutzung des Geräts nicht mit flüssigem Stickstoff in Berührung, denn die gewünschte Probe wird ganz einfach über den Controller ausgewählt. Die zugehörige Software Smartfreezer Suite ist webbasiert und bietet eine Echtzeit-Anbindung an jedes Labormanagementsystem (Lims) sowie vollständige Rückverfolgbarkeit der am Gerät ausgeführ-

ten Vorgänge. Je nach Kundenwunsch können Versionen mit unterschiedlichem Fassungsvermögen bereitgestellt werden.

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