ChemieXtra 7-8/2019 by SIGWERB GmbH

7–8 / 2019

Juli/August 2019

Offizielles Organ des Schweizerischen Chemie- und Pharmaberufe Verbandes

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR DIE CHEMIE- UND LABORBRANCHE

Platform for Chemistry, Pharmacy and Biotechnology

24. bis 27. September 2019 | Messe Basel | ilmac.ch

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EDITORIAL

Künftig kühlen wir mit Magneten Der Hitzesommer 2018 und die grosse Hitze der letzten Wochen haben deutlich gemacht, dass wir unsere Energie auch zum Kühlen verwenden

Kleine Berührung, grosse Gefühle.

müssen. Die Kühlprozesse brauchen heute bereits mehr Energie als das Heizen. Forscher sind auch überzeugt, dass der milliardenfache Einsatz von Dampfkompressoren in Kühlschränken und Klimaanlagen keine Zukunft mehr hat. Schuld daran sind die verwendeten Kühlflüssigkeiten. Zwar sind diese gebräuchlichen Mittel hochwirksam, zugleich aber auch tausendfach treibhauswirksamer als Kohlendioxid. Propan und Butan bilden mit Luft explosive Gemische und Ammoniak ist stark giftig und korrosiv. Abhilfe könnte eine neue Technologie schaffen. Deutsche Forscher versuchen mittels magnetisierter Materialien in Magnetfeldern zu kühlen. Der

ausgelöst. Die meisten dieser Stoffe stammen aus der Natur oder sind modifiziert. Deshalb wird weiter in der Natur gesucht. Die ETH in Basel hat nun ein Verfahren entwickelt, das schnell eine sehr grosse Zahl Moleküle auf ihre antibiotische Wirkung testen kann. Dauerte es bisher ein Jahr, um etwa 10 000 Proben zu analysieren, kann die neue Methode innerhalb von wenigen Tagen Millionen von Varianten untersuchen. So

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Antibiotikaresistenzen haben einen eigentlichen Run auf neue Wirkstoffe

i l g re e n

effizienter Kühlung ist.

Nitr

Darmstadt und Dresden sind zuversichtlich, dass dies der künftige Weg zu

Legierungen und Magnete Probleme schaffen. Doch die Forscher aus

abgibt. Noch sind die Vorgänge nicht ausgereift, zumal die verwendeten

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gibt eine geeignete Legierung in einem definierten Prozess bei ihrer sen ausgeübter Druck den Prozess rückgängig macht und dabei Wärme

i l g re e n

TIPRO TE • RO

Auf der einen Seite steht der sogenannte magnetokalorische Effekt. Dabei Umwandlung Kälte ab. Andererseits wurde festgestellt, dass von aus-

Nitr

Kühlkreislauf bildet sich dank dem Gedächtnis bestimmter Legierungen.

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

FOKUS

Die Suche nach technischen Lösungen

Schon seit Jahren beschäftigen sich Forschende aus unterschiedlichen Disziplinen mit erneuerbaren Energien. Im Fokus erfahren Sie einige Beispiele und Zusammenhänge mit einem Schwerpunkt in der Schweiz.

LABOR Neue Säulen für Flüssigchromatographie

MEDIZIN Des vaccins d’un nouveau genre

CHEMIE Neue Synthese von Ketonen

24 Einem Forschungsteam gelang die Entwicklung einer neuen Methode zur Synthese von Ketonen. Sie modifizierten konventionelle Synthesen, indem sie bewusst auf ein anderes Edukt setzten.

Forschende haben einen wichtigen Teil eines Signalweges aufgeklärt, der Informationen durch die Zellmembran in das Innere einer Zelle überträgt.

IMPRESSUM

Die Fachzeitschrift für die Chemie- und Laborbranche

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

Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 9. Jahrgang (2019) Druckauflage 11 200 Exemplare WEMF / SW-Beglaubigung 2018 10 619 Exemplare Total verbreitete Auflage 2 260 Exemplare davon verkauft

Internet www.chemiextra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

Warum ist Limoncello milchig?

BIOWISSENSCHAFTEN Ein Enzym als Vermittler

ISSN-Nummer 1664-6770

ERNÄHRUNG

Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Alte Bahnhofstrasse 9a CH-5610 Wohlen +41 56 619 52 52 info@sigimedia.ch Redaktion Roger Bieri Unter Altstadt 10, Postfach CH-6302 Zug +41 41 711 61 11 redaktion@sigwerb.com Redaktionelle Mitarbeit Etel Keller Alexander Jegge Dr. Kurt Hermann

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

VERANSTALTUNGEN

Rückblick Chemspec Europe 2019 in Basel

Die Messe verzeichnete auf dem Basler Messegelände Rekordzahlen.

Gezielt optimieren statt viel investieren

Der Schlüssel zu einer effizienten und sicheren Abwasseraufbereitung heisst Information.

TERMINE

FIRMEN BERICHTEN

Forschende entwickelten die Idee eines Kühlkreislauf, der auf dem «magnetischen Gedächtnis» spezieller Legierungen beruht.

Neben anderen wichtigen Funktionen stellen Drucksensoren auch die Sauerstoff-Notversorgung der Piloten sicher.

Nanoelektronik auf Graphenbasis

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VERBANDSSEITEN SCV-Informationen

FORSCHUNGSWELT

SEBIO GmbH Handelsfirma Chromatographie- und Filtermedien

VERFAHRENSTECHNIK Magnetischer Kühlkreislauf

Drucktransmitter über der Erde

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Bild: Shutterstock

FOKUS

Die Photosynthese mit technischen Mitteln nachzuahmen ist eine Herausforderung.

CO2 in der Atmosphäre

Die Suche nach technischen Lösungen Schon seit Jahren beschäftigen sich Forschende aus unterschiedlichen Disziplinen mit erneuerbaren Energien. In den Naturwissenschaften und Ingenieurswissenschaften suchen sie nach technischen Lösungen, um die Emissionen in der Atmosphäre zu verringern und gleichzeitig neue Energieträger zu entwickeln. Die grösste Herausforderung liegt momentan vor allem in der Umsetzbarkeit. Gerade im Bereich der Praxistauglichkeit wird zurzeit stark geforscht. Erfahren Sie einige Beispiele und Zusammenhänge mit einem Schwerpunkt in der Schweiz.

Die Pflanze macht es uns vor. Aus dem Boden holt sie sich Wasser und aus der Umgebungsluft nimmt sie Kohlendioxid (CO2) auf. Wie von selbst verwandelt sie bei Sonnenschein das Gas und Wasser in energiereiche Kohlenhydrate. Was so ein Pflänzchen scheinbar mühelos tagtäglich leistet, können Forschende bis heute nicht wirklich nachmachen. Dennoch endete die Idee, die Photosynthese für den eigenen Nutzen nachzuahmen, keineswegs in ei ner Sackgasse. An der Universität Zürich und der Empa läuft seit 2013 das For schungsprojekt LightChEC. Von der Photo synthese inspiriert, versuchen die For schenden unterschiedliche Ziele zu erreichen. Gewöhnliches Sonnenlicht soll Wasser (H2O) in Sauerstoff (O2) und Was serstoff (H2) spalten. Wasserstoff könnte dann als Energieträger weiterverwendet werden. Das Projekt konzentriert sich auf die Spaltung von Wasser und nicht, wie es in der Photosynthese geschieht, auf die 4

Bild: ETH Zürich/Alessandro Della Bella

Roger Bieri

Bild 1: Die Forschungsanlage befindet sich auf dem Dach eines Gebäudes der Hochschule.

Umwandlung von CO2 in einen Kraftstoff. Ganz anders sieht es bei den Schweizer Kollegen an der Eidgenössischen Techni schen Hochschule (ETH) und dem Paul Scherrer Institut (PSI) aus. Sie zeigten 2016 öffentlich auf, wie sie mit Wasser und thermischer Energie aus Kohlendioxid einen Treibstoff erzeugten.¹ Thermoche

mischer Zyklus heisst dieser Vorgang. Sol che thermischen Zyklen waren aber be reits damals schon Jahre zuvor möglich. Die Forschenden lieferten einen weiteren Optimierungsschritt in Richtung Praxis tauglichkeit: Dank Ceroxid (CeO 2) und Rhodium (Rh) als Katalysator erzeugten sie schliesslich Methan (CH4). Eine weitere 7–8/2019

FOKUS

tern, nutzen sie dasselbe Verfahren wie die Firma Climeworks. In dieser Ausgabe unter der Rubrik Fokus erfahren Sie mehr über diese Mini-Anlage der ETH und andere technische Ansätze, um die Emissionen in der Atmosphäre zu verringern.

Entwicklung der Gesamtemissionen der Schweiz seit 1990 60.00

Treibhausgasemissionen [Millionen Tonnen CO2-Äquivalente]

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Das Schweizer Gesetz schreibt vor

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0.00 1990

Bild: Bafu, modifizier t von Roger Bieri

50.00

Bild 2: Derzeit sind die Daten bis und mit 2017 veröffentlicht (Stand April 2019). Die blaue Säule stellt das gemäss dem CO 2 -Gesetz zu erreichende Ziel dar.

Umwandlung von Methan in den Indus triealkohol Methanol (CH3OH) wäre dann zum Beispiel denkbar, da erst Methanol als Grundlage für flüssige Treibstoffe dient. Das Forschungsfeld in diesen Bereichen ist gross, denn die Schwierigkeit liegt in der Rentabilität und somit in der Anwend barkeit für die Industrie. Häufig sind Reak tionen zu umständlich oder zu wenig selektiv und es entstehen viele uner wünschte Nebenprodukte.

Kohlendioxid vergraben Eine andere technische Möglichkeit, um die Emissionen in der Atmosphäre zu sen ken, ist die Gase von dort in den Boden zu befördern. Beispielweise filtern spezielle Anlagen CO 2 -Gase direkt aus den Kraft werken und pressen sie anschliessend unter die Erdoberfläche. Die Gase gelan gen auf diese Weise gar nicht erst in die Atmosphäre. Diese Technik nennt sich «Carbon Capture and Storage» (CCS). Die amerikanischen Wissenschaftler Mark Zo back und Steven Gorelick äusserten vor mehreren Jahren einige Bedenken hin sichtlich der Lagerungsmöglichkeiten von CO 2, denn das Gas könne nur unter be stimmten geologischen Gegebenheiten sicher gelagert werden.² Andere sehen diese Technologie als unabdingbar. Bei gewissen industriellen Prozessen sei die Freisetzung von CO2 nicht zu vermeiden, daher sei CCS eine wichtige Option, meint Jan Minx vom Mercator-Institut für globale Gemeingüter und Klimawandel (MCC) in 7–8/2019

der Online-Ausgabe der «Neuen Zürcher Zeitung» (vom 01.12.2018). Anstatt die Gase aus einem Kraftwerk zu entnehmen, können sie auch direkt aus der Atmosphä re gefiltert werden. Genau dies macht bei spielsweise das Schweizer Start-up Clime works. Direct Air Capture (DAC) nennt sich das Verfahren. Die kleine Firma verkauft das gefilterte CO2 als Düngemittel für Ge wächshäuser. Neuerdings haben die Mit arbeiter die Technologie weiterentwickelt. Die Anlagen sammeln das CO2 wie bisher, pumpen es zusammen mit Wasser an schliessend in den Untergrund. Dort re agiert das CO2 mit dem Basaltgestein und versteinert sozusagen im Erdinnern. Dies geschieht nicht sofort, sondern innerhalb einiger Jahre. Island eignet sich besonders für dieses Unterfangen, das sich momen tan noch in der Pilotphase befindet.

Aus CO2 Treibstoff produzieren Viele Medien haben darüber berichtet: Am 13. Juni dieses Jahres stellte die ETH eine kleine Anlage (Bild 1) vor, die aus dem CO2 in der Luft Synthesegas herstellt – ein Gemisch aus Wasserstoff (H2) und Koh lenmonoxid (CO). Das Synthesegas, auch einfach Syngas genannt, kann anschlies send in Methanol umgewandelt werden. Sie verwenden wie ihre Kollegen der ETH und PSI Jahre zuvor auch einen Katalysator auf Basis von CeO2, aber sie nehmen die thermische Energie direkt aus dem Son nenlicht. Um das CO2 aus der Luft zu fil

Die Forschenden erhoffen sich, mit ihren technischen Lösungen einen wichtigen Bei trag zur Verringerung der Emissionen und zur Förderung von neuen, zukunftssicheren Energieträgern zu leisten. Wissenschaftliche Erkenntnisse und neue Techniken brauchen aber Zeit und können im Normalfall nicht gleich in die Praxis umgesetzt werden. Die Gesetze geben aber bereits für die Gegen wart gültige Vorgaben zur Emissionsreduk tion vor. Das Bundesamt für Umwelt (Bafu) überprüft jährlich die Treibhausgasemissio nen in der Schweiz. Natürlich sind die Emis sionen nicht an Landesgrenzen gekoppelt und es ist generell schwierig Treibhausgas emissionen zu erfassen. Das Bafu liefert mithilfe einer Statistik (Treibhausgasinven tar) eine allgemeine Beurteilung, ob hierzu lande das Ziel gemäss Kyotoprotokoll und dem CO2 -Gesetz in gegebener Zeit erreicht werden kann. Das Protokoll gibt vor, die Emissionen im Zeitraum von 2013 bis 2020 durchschnittlich um 15,8 Prozent ge genüber 1990 zu senken. Das CO2 -Gesetz hingegen hält fest: Die Gesamtemissionen sollten im Jahr 2020 im Vergleich zum Jahr 1990 um 20 Prozent reduziert werden (Bild 2). Laut dem Bafu habe der Treib hausgasausstoss in der Schweiz zwischen 1990 und 2016 um 10 Prozent abgenom men. Es bleibt also ein schwieriges Unter fangen, die 20 Prozent bis zum Jahr 2020 zu erreichen. Literaturangaben ¹ Matthäus Rothensteiner, Ivo Alxneit et al., «First demonstration of direct hydrocarbon fuel from water and carbon dioxide by so lar-driven thermochemical cycles using rhodium-ceria» Engery & Environmental Science (2016) ² Mark D. Zoback, Steven M. Gorelick, «Earth quake triggering and large-scale geologic storage of carbon dioxide», Pnas (2012); DOI: 10.1073/pnas.1202473109 5

FOKUS

Kraftwerk auf dem Dach der ETH

Treibstoff direkt aus der Luft

Stolz präsentierte die ETH der Öffentlichkeit ihre neue Anlage, die sie direkt auf dem Dach der ETH in Zürich installiert hat. Hierzu meint Aldo Steinfeld, Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich: «Mit dieser Anlage beweisen wir, dass die Herstellung von nachhaltigem Treibstoff aus Sonnenlicht und Luft auch unter realen Bedingungen funktioniert.» Er hat die Technologie mit seiner Forschungsgruppe entwickelt. Weiter erklärt Steinfeld: «Das thermochemische Verfahren nutzt das gesamte Sonnenspektrum und läuft bei hohen Temperaturen ab. Dies ermöglicht schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten und einen hohen Wirkungsgrad.» Die kleine solare Anlage auf dem Dach der ETH beweist die Umsetzbarkeit der Technologie und produziert rund einen Deziliter Treibstoff pro Tag. Steinfeld und seine Gruppe sind bereits daran, den Solarreaktor im grossen Massstab im Rahmen des EU-Projekts «sun-to-liquid» in der Nähe von Madrid zu testen. Die nächste Etappe wird sein, die Technologie auf eine industrielle Grösse zu skalieren und Wettbewerbsfähigkeit zu erreichen. «Eine Solaranlage mit einer Fläche von einem Quadratkilometer könnte pro Tag 20 000 Liter Kerosin produzieren. Theoretisch kann man mit einer Anlage auf der Fläche der Schweiz den Kerosin-Bedarf der gesamten Luftfahrt decken. Ziel ist, dass wir in Zukunft mit unserer Technologie effizient nachhaltige Treibstoffe produzieren und so zur Verringerung des weltweiten CO 2 -Ausstosses beitragen», sagt Philipp Furler, Direktor (CTO) von Synhelion und ehemaliger Doktorand in Steinfelds Gruppe. Die Prozesskette der neuen Anlage inte griert drei thermochemische Umwand6

Bilder: ETH Zürich/Alessandro Della Bella

Forschende haben eine solare Anlage gebaut, mit der sich synthetische Treibstoffe herstellen lassen, die bei der Verbrennung nur so viel CO2 freisetzen, wie zuvor der Luft entnommen wurde. CO2 und Wasser werden direkt aus der Umgebungsluft abgeschieden und mit Solarenergie aufgespalten. Das Produkt ist Syngas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, welches anschliessend zu Kerosin, Methanol oder anderen Kohlenwasserstoffen verarbeitet wird.

Mitten in Zürich steht die kleine Anlage mit Parabolspiegel. Im Hintergrund ist die Kuppel des Hauptgebäudes der ETH zu sehen.

lungsprozesse: Erstens die Abscheidung von CO2 und Wasser aus der Luft, zweitens die thermochemische Spaltung von CO2 und Wasser und drittens die anschlies sende Verflüssigung in Kohlenwasserstoffe. Durch einen Adsorption-Desorption-Prozess werden CO2 und Wasser direkt aus der Umgebungsluft entnommen. Beides wird dem Solarreaktor im Fokus eines Parabolspiegels zugeführt. Die Solarstrahlung wird durch den Parabolspiegel 3000mal konzentriert, im Innern des Reaktors eingefangen und in Prozesswärme mit einer Temperatur von 1500 Grad Celsius umgewandelt. Im Herzen des Reaktors befindet sich eine spezielle keramische Struktur aus Cer(IV)-oxid (CeO 2). Dort werden in einer zweistufigen Reaktion – einem Redox-Zyklus – Wasser und CO 2 gespalten und Syngas hergestellt. Die Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid kann mittels konventioneller Methanol-

Momentan sind die Mengen noch gering, die täglich hergestellt werden können.

oder Fischer-Tropsch-Synthese in flüssige Treibstoffe weiterverarbeitet werden. Kontakt ETH Zürich Rämistrasse 101 CH-8092 Zürich +41 44 632 42 44 news@hk.ethz.ch www.ethz.ch/news

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FOKUS

Kohlendioxid aus dem Ozean recyceln

Schwimmende Kraftwerke produzieren Methanol

Cornelia Zogg ¹ Papier, Blechdosen, Glas – die Welt recycelt so viel wie nur irgendwie möglich. Warum also nicht auch das Treibhausgas Kohlendioxid (CO 2) zum Recyclingprodukt erklären? Denn flüssige Kraftstoffe auf Kohlenstoffbasis werden in Zukunft – trotz internationaler Bestrebungen zu deren Senkung – nach wie vor eine wichtige Rolle spielen. So erscheint es sinnvoll, das ausgeschiedene CO2 aus der Umwelt zurückzugewinnen und erneut zu nutzen. Die Forschenden haben gemeinsam mit einem Team der Empa diese Idee durchgerechnet und zeigen in ihrer Studie auf, das solare Methanol-Inseln langfristig genügend Treibstoff produzieren könnten, um die gesamte Mobilität CO2 -neutral zu gestalten – weltweit. Inmitten der Ozeane soll aus Solarenergie (und Wasser) Wasserstoff (H2) hergestellt werden, der dann vor Ort mit aus dem Meerwasser gewonnenen CO 2 zu Methanol umgewandelt wird. Dazu analysierten die Forschenden detailliert ein Szenario, das zwar noch rein hypothetisch scheint, aber bereits die Planungsgrundlagen für eine mögliche Umsetzung bietet. Ihre Resultate präsentieren sie kürzlich in der Fachzeitschrift «Proceedings of the National Academy of Sciences» (Pnas).

Aus Sonne wird Strom wird Wasserstoff wird Methanol Ausgangspunkt der Idee sind Solarinseln, also schwimmende Plattformen, ausgestattet mit Photovoltaikanlagen. Da aber Solarstrom nicht gespeichert und von dort

¹ Empa, Dübendorf

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nur schlecht abtransportiert werden kann, ergibt ein Solarkraftwerk auf dem Meer keinen Sinn. Allerdings kann man aus Kohlendioxid und Wasserstoff flüssiges Methanol (CH3OH), aber auch gasförmiges Me than (CH4) herstellen. Die Ausgangsstoffe könnten also direkt aus dem Ozean gewonnen beziehungsweise dort hergestellt werden, so die Idee der Forschenden. Es stellt sich die Frage: Warum nicht das CO2 aus der Luft gewinnen? Die Antwort ist simpel: Die dafür benötigte Anlagenfläche für eine weltweite Versorgung von Treibstoff wäre gewaltig. «Eine Fläche von rund 170 000 km² wäre nötig, um den jährlichen Bedarf für den globalen Güterverkehr zu produzieren», erklärt Andreas Borgschulte von der Empa-Abteilung «Advanced Analytical Technologies». Das liesse sich am ehesten durch Solaranlagen auf dem Meer realisieren; bislang ungenutzte Fläche, die niemandem gehört. Auch auf dem Meer kann man das CO2 aus der Luft gewinnen; eine attraktive Alternative wäre aber, die rund 125-mal höhere CO2 -Konzentration des Meerwassers für die «Kohlendioxidernte» auszunutzen.

Mehr Möglichkeiten für Methanol Im Rahmen ihrer Überlegungen entschieden sich die Forschenden für die Herstellung eines flüssigen Brennstoffs, da sich dieser gut transportieren lässt. Ausserdem kann Methanol nicht nur als Treibstoff eingesetzt werden, sondern auch zur Herstellung weiterer chemischer Produkte, etwa Vorprodukte für die Polymerherstellung. Eine solche «Methanol-Insel» hat jedoch ihren Preis: Rund 80 Millionen US-Dollar würde der Bau einer solchen Chemiefa

Bild: Empa

Riesige schwimmende Solarinseln auf dem Meer, die genügend Energie produzieren, um einen CO2 -neutralen globalen Güterverkehr zu ermöglichen – was wie «Science Fiction» klingt, haben Forschende der ETH Zürich, des Paul Scherrer Instituts (PSI), der Empa, der Universitäten Zürich, Bern und der National University of Science and Technology (NTNU) Trondheim nun erstmals durchgerechnet.

Anstelle von Hausdächern könnte bald der Ozean als Standort für Solarpanels dienen.

brik auf dem Ozean kosten. Diese bestünde aus rund 70 Photovoltaikinseln mit einem Durchmesser von rund 100 m und einem Schiff mit den Elektrolyse- und Syntheseanlagen. Insgesamt ergäbe dies eine Fläche von rund 550 000 m². Insgesamt 170 000 solcher Inseln wären nötig, um so viel CO 2 zu recyceln, wie zurzeit ausgestossen wird – ein utopisches Ziel, aber eines, das es zu verfolgen lohnt.

Kontakt PD Dr. Andreas Borgschulte Advanced Analytical Technologies Empa Überlandstrasse 129 CH-8600 Dübendorf +41 58 765 46 39 andreas.borgschulte@empa.ch www.empa.ch

FOKUS

Schweizer Forschende präsentieren Strategie

Ausgeklügeltes Energiesystem Forschende aus sieben Schweizer Hochschulen haben gemeinsam ein Weissbuch zu Händen der Eidgenössischen Energieforschungskommission (Core) erstellt. In diesem Weissbuch sammelten sie wichtige Erkenntnisse über die Power-to-X-Technologie und Vorschläge, wie diese für die Energiestrategie 2050 verwendet werden kann. Aus überschüssigem Strom sollen durch bestimmte elektrochemische Umwandlungen flüssige oder gasförmige Energieträger produziert werden.

Die Schweiz hat sich zum Ziel gesetzt, ihre direkten Treibhausgasemissionen drastisch zu reduzieren. Gemäss der Energiestrategie 2050 soll sich der Ausstoss von Treibhausgasen bis 2030 im Vergleich zu 1990 um 50 Prozent verringern. Nach 2050 soll die Energieversorgung in der Schweiz klimaneutral erfolgen, also ohne den Ausstoss von Treibhausgasen wie CO 2. Eine Komponente für die Erreichung dieser Absicht können sogenannte Power-to-X-Verfahren sein. Dabei wird der überschüssige Strom aus neuen erneuerbaren Energien genutzt, um durch elektrochemische Umwandlung flüssige oder gasförmige Energieträger zu erzeugen, wie beispielsweise Wasserstoff, Methan oder Methanol. Diese werden dann weiter in den Verbrauchssektoren eingesetzt, um Fahrzeuge anzutreiben oder Wärme beziehungsweise auch wieder Strom zu erzeugen. Der Vorteil ist, dass die flüssigen oder gasförmigen Energieträger über längere Zeit zwischengespeichert werden können.

Überschüssige Energie sinnvoll und flexibel nutzen Im Rahmen der Energiestrategie 2050 sind die Power-to-X-Verfahren unter anderem interessant, weil die neuen erneuerbaren Energien aus Fotovoltaik oder Windkraft nicht kontinuierlich, sondern in schwankender Intensität zur Verfügung stehen. Um Phasen von geringer Stromerzeugung auszugleichen, soll unter anderem mithilfe von Power-to-X-Verfahren

¹ Paul Scherrer Institut, Villigen PSI

Bild: Paul Scherrer Institut/Jörg Roth

Sebastian Jutzi ¹

Power-to-X-Verfahren: Beispielsweise wird Strom aus neuen erneuerbaren Energien genutzt, um Wasserstoff (H 2 ) oder Methan (CH 4 ) zu produzieren und so überschüssige Energie zu speichern.

Energie aus produktionsstarken Phasen zwischengespeichert werden. Power-to-XVerfahren können so dazu beitragen, Energieangebot und -nachfrage über einen längeren Zeitraum auszugleichen, die kurzfristige Flexibilität im Stromnetz durch intelligentes Lastenmanagement zu erhöhen und Ersatz für fossile Kraft- und Brennstoffe sowie Rohstoffe für die Industrie zu schaffen. Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts PSI haben nun gemeinsam mit Kollegen von sechs Schweizer Hochschulen und Forschungsinstitutionen umfangreiche Informationen zu verschiedenen Aspekten von Power-to-X-Technologien zusammengetragen, unter anderem, welches Potenzial Power-to-X-Verfahren für die Energiestrategie 2050 haben, vor welchen

Herausforderungen die Technologie steht und welche Schlüsselfaktoren eine Verbreitung der Technologie begünstigen. «Im Vergleich zu anderen neuen erneuerbaren

Kompetenzzentren für Energieforschung Folgende Hochschulen waren am Projekt beteiligt: das Paul Scherrer Institut PSI, die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa), die Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich, die Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW), die Hochschule für Technik Rapperswil (HSR), die Universität Genf und die Universität Luzern.

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FOKUS

gen abhängt und den damit verbundenen Bedingungen für den Schweizer Stromaussenhandel.

Systemintegration kommt Schlüsselrolle zu Kraft- und Brennstoffe, die mit Strom aus erneuerbaren Energien in Power-to-X-Verfahren produziert werden, können fossile Energieträger wie Heizöl, Erdgas, Benzin und Diesel ersetzen und somit helfen, CO 2 -Emissionen zu reduzieren. Wirtschaftlich wird dies aber nur sein, wenn entsprechende umweltpolitische Anreizmechanismen zum Tragen kommen. Umwandlungsprozesse müssen möglichst effizient realisiert werden, um einerseits die Kosten zu minimieren und andererseits Ressourcen zu schonen. Das hat nicht nur Auswirkung auf die Standortwahl von Power-to-X-Anlagen, sondern auch wie die Technologie in verschiedene Märkte integriert werden kann. Ein Fazit der Studie lautet deshalb: Entscheidend für einen erfolgreichen Einsatz von Power-to-X im Rahmen der Energiestrategie 2050 ist, dass sich Forschung und Innovation auf eine optimale Integration von Power-to-X in das gesamte Energiesystem der Schweiz konzentrieren.

Bild: Adobe Stock

Energiequellen gibt es ein besonders hohes Potenzial für Strom aus Solaranlagen in der Schweiz, was Power-to-X zu einer wichtigen Flexibilitätsoption und Bindeglied zwischen Energiegewinnung und -verbrauch in einem nachhaltigen, CO2 -armen Energiesystem macht», meint Tom Kober, Leiter der Gruppe Energiewirtschaft am PSI und einer der Hauptautoren des von der Eidgenössischen Energieforschungskommission in Auftrag gegebenen Weissbuchs. Die Beiträge, die Power-to-X in einzelnen Energiesektoren wie Verkehr, Heizung oder durch die Rückverstromung leisten kann, sind sehr unterschiedlich. So ist die erneute Gewinnung von Strom aus Energieträgern wie Wasserstoff oder Methan, die mit Power-to-X-Verfahren erzeugt worden sind, derzeit noch sehr teuer. «Die Kosten für solche auch Power-to-Power genannten Verfahren könnten aber durch Fortschritte bei der Technik und steigender Erfahrung im Umgang mit diesen neuen Technologien bis 2030 um bis zu zwei Drittel sinken», schätzt Kober. Es bleibt abzuwarten, inwieweit sich Power-to- Power-Technologien gegenüber anderen Flexibilitätsoptionen im Elektrizitätssystem durchsetzen können, was nicht zuletzt auch von europäischen Marktentwicklun-

Methan (CH 4 ) kann als gasförmiger Brennstoff oder als Rohstoff für die Industrie verwendet werden.

Das von der Eidgenössischen Energieforschungskommission (Core) in Auftrag gegebene Weissbuch wurde von den Partnern der SCCER Heat and Electricity Storage, Biosweet, Crest, Furies und Mobility erstellt und von der Innosuisse sowie dem Bundesamt für Energie (BFE) finanziert. Kontakt Dr. Tom Kober Paul Scherrer Institut PSI Forschungsstrasse 111 CH-5232 Villigen PSI +41 56 310 26 31 tom.kober@psi.ch www.psi.ch

Chemische Reaktionen + Fluiddynamik = optimierte Geräte In einem Rohrreaktor finden sowohl chemische Reaktionen als auch Fluiddynamik statt. Mithilfe von Simulation können Sie Produktionsprozesse unter Berücksichtigung von Fluidströmung und chemischen Reaktionen untersuchen –dies führt zu einem verbesserten Gerätedesign und einem leistungsfähigerem Endprodukt. Die Software COMSOL Multiphysics® wird zur Simulation von Designs, Geräten und Prozessen in allen Ingenieurdisziplinen, der Fertigung und der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt. Erfahren Sie, wie Sie mit COMSOL effizient chemische Reaktionen modellieren können. Visualisierung von Stromlinien und Temperaturverteilung in einem Multijet-Rohrreaktor.

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comsol.blog/turbular-reactors 9

FOKUS

Waldböden sind gute Kohlenstoffspeicher

Mit Pilzen gegen die globale Erwärmung

Obwohl sie winzig klein sind, haben die Pilze in tiefen Waldbodenschichten grosse Fähigkeiten: Sie können Kohlenstoffe nachhaltig speichern. Dies hat ein Forscherteam der Universität Hohenheim in Stuttgart herausgefunden. Mit einem aufwendigen Verfahren sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in bislang unerforschte Tiefen vorgedrungen. Das Ergebnis kann für konkrete Massnahmen gegen die globale Erwärmung bedeutend sein. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Projekt der Universität. Bodenbiologen haben sich in der Vergangenheit bei der Erforschung von Böden lediglich einem Bereich bis zu 30 Zentimeter Bodentiefe gewidmet, weil dort rund die Hälfte der Mikroorganismen wie Pilze und Bakterien zu finden sind. «Die anderen 50 Prozent liegen darunter in einer Tiefe bis mindestens 1,8 Metern», erklärt Prof. Dr. Ellen Kandeler vom Institut für Bodenkunde und Standortslehre. Für ihre Versuche schufen Projektpartner mehrere Observatorien im Grinderwald bei Hannover.¹³C-markierte Buchenblätter wurde auf diese Observatorien aufge-

Der Projekt-Titel lautet «Subsom – The forgotten part of carbon cycling: organic matter storage and turnover in subsoils, Teilprojekt: Biological regulation of subsoil C-cycling under field conditions». Das interdisziplinäre Projekt Subsom besteht aus insgesamt neun Teilprojekten. Beteiligt sind insgesamt sieben deutsche Hochschulen und zwei Forschungseinrichtungen. Die Projektleitung liegt bei Prof. Dr. Bernd Marschner von der Ruhr-Universität Bochum.

Bild: Vladimir Gerasimov/Adobe Stock

Pilze im Unterboden der Wälder ermöglichen eine langfristige Speicherung von Kohlenstoff. Die Universität Stuttgart-Hohenheim erforscht im Rahmen des deutschen Projekts Subsom Mikroorganismen in einer Waldbodentiefe von bis zu 1,5 Metern.

Myzel im Waldboden speichern sehr viel Kohlenstoff. Somit steht weniger CO 2 für den Kohlenstoffkreislauf zur Verfügung.

bracht, um das Kohlenstoffsignal bis in den Unterboden verfolgen zu können. Das Team um Bodenbiologin Prof. Dr. Kandeler stellt fest: «Der markierte Kohlenstoff wird auch in tiefe Bodenschichten verlagert und dort bevorzugt von Pilzen in ihre Biomasse eingebaut.» Pilze besitzen eine höhere Kohlenstoffnutzungseffizienz als Bakterien. Diese Erkenntnis war für das Forscherteam völlig neu. «Sie tragen somit sehr viel mehr zur Kohlenstoffspeicherung im Unterboden bei als zunächst angenommen», sagt Prof. Dr. Kandeler. «Während Bakterien den Kohlenstoff sofort wieder verbrennen, sind die Pilze in der Lage ihn längerfristig zu speichern.» Dies könnte der Wissenschaft bei der Suche nach neuen Möglich-

keiten, den Kohlenstoff lange im Boden zuhalten, um die globale Erwärmung einzudämmen, nützlich sein. «Da Waldböden reicher an Pilzen sind als andere Böden, könnten diese künftig als ein möglicher Kohlenstoffspeicher dienen», sagt Prof. Dr. Kandeler.

Kontakt Prof. Dr. Ellen Kandeler Universität Hohenheim Schloss Hohenheim 1 D-70599 Stuttgart +49 711 459 24220 e.kandeler@uni-hohenheim.de www.uni-hohenheim.de

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Bild: Adobe Stock

CHEMIE

Die einzelnen Aminosäuren sind durch Peptidbindungen (eigentliche Amidbindungen) miteinander verknüpft.

Eine alternative Darstellung

Neue Synthese von Ketonen Neue Reaktionen zu finden bildet die Grundlage für Fortschritte in der pharmazeutischen Wirkstoffentwicklung, in der Materialwissenschaft sowie in der chemischen Biologie und spielt somit eine zentrale Rolle in unserem Alltag. Einem Forschungsteam der Fakultät für Chemie an der Universität Wien gelang nun die Entwicklung einer neuen Methode zur Synthese von Ketonen. Sie modifizierten konventionelle Synthesen, indem sie bewusst auf ein anderes Edukt setzten.

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O CH3 Bild: Adobe Stock

Man findet Ketone in verschiedenen Varianten. Teilweise in unserem Körper wie zum Beispiel in Testosteron und Cortison. Selbst das sogenannte «Himbeerketon», welches in Himbeeren enthalten und für den typischen Geruch der Früchte verantwortlich ist, weist eine Carbonylgruppe auf (Bild 1). Die Synthese von Ketonen im Labor ist nicht immer einfach. «Die ideale chemische Reaktion zur Herstellung von Ketonen würde von einfachen Startmaterialien ausgehen und minimalen Abfall erzeugen», sagt Dr. Jing Li, Erstautor der Studie. «Solch eine Reaktion existiert bereits: Die Hydroacylierung», erklärt der Postdoc. Bei der Hydroacylierung reagiert ein Aldehyd mit einem Alken (Bild 2). «Der Nachteil der Hydroacylierung ist, dass sie einen teuren Übergangsmetallkatalysator benötigt wie beispielsweise Rhodium, ein

Bild 1: Natürliche Duftstoffe sind oft Ketone. Himbeerketon ist ein prominentes Beispiel.

seltenes und kostspieliges Metall», erklärt Rik Oost, Co-Autor der Arbeit. «Ausserdem ist die Reaktion ziemlich kompliziert und oft begleitet von unerwünschten Nebenreaktionen, was dazu führt, dass die Auswahl an Ketonen, die mithilfe der Hydroacylierung herstellbar sind, ziemlich begrenzt ist», so Oost.

Amide anstelle von Aldehyden Die Gruppe um Nuno Maulide hat nun eine Alternative zur konventionellen H ydroacylierung entwickelt, die weder kostspielige Metalle benötigt noch die obengenannten Nebenreaktionen aus11

CHEMIE

weist (Bild 3). «Wir haben die Spielregeln der Hydroacylierung komplett umgedreht», so Nuno Maulide, Professor für organische Synthese an der Universität Wien. Die Forscher verwendeten hierfür eine andere Art der Carbonylverbindung als Ausgangsstoff: stabile und robuste Carbonsäureamide. «Seit einigen Jahren forschen wir schon an der selektiven Aktivierung von Amiden», erklärt Maulide. «Nun haben wir einen Weg gefunden, sie mit Alkenen reagieren zu lassen als seien sie Aldehyde. Das Ergebnis ist eine neue Form der Hydroacylierung», so der Wissenschaftler. «Durch diese neuentwickelte Reaktion kann man an die Ketonsynthese völlig neu herangehen. Bis jetzt gab es keine Möglichkeit bestimmte Ketone mittels Hydroacylierung herzustellen. Mit unserer neuen Methode können wir sogar eingesetzte Wirkstoffe und Pharmazeutika mit einer Amidgruppe selektiv modifizieren. Das eröffnet uns ganz neue Möglichkeiten für die Synthese von Feinchemikalien», freut sich Maulide.

Nicht ohne die O theoretische Chemie Metall oder NHC (Kat.)

«Mechanistisch unty+ H2C weist diese R H gesehen pische Reaktion einige komplexe Umlage-

H + H2C

H2C

Metall oder NHC (Kat.)

Bild 2: Eine klassische intermolekulare Hydroacylierung zur Darstellung von Ketonen. Aus der Reaktionsgleichung wird ersichtlich: Es entsteht zusätzlich zum Keton Eine Oein Nebenprodukt. H O Nebenreaktion H unerwünschte minimiert also die Ausbeute erheblich.

H2C R NH R rungen auf», erklärt Leticia González, Professor für theoretische Chemie an der Universität Wien. Mithilfe von computergestützten Berechnungen gelang es den Forschern die elementaren Schritte dieser neuen Reaktion zu verstehen. «Ein besonders interessanter Schritt ist der sogenannte Hydridtransfer, indem ein Wasserstoffatom zu einem entfernten Teil des Moleküls wandert und dabei zwei Elektronen mitnimmt», erklärt Boris Maryasin, ebenfalls vom Institut für theoretische Chemie und Co-Autor der Arbeit. «Diese und andere Details werden uns durch theoretisches Modelling der Reaktion zugänglich.» Das Zusammenspiel zwischen experimenO H H teller organischer Chemie und theoretischer Chemie erlaubt+ es den WissenR schaftern sich ein genaues Bild davonRzu

H NH

1) Elektrophile Aktivierung

2) H 2 O

Bild 3: Ein neuer Lösungsansatz, um Ketone mit hoher Chemo- und Regioselektivität zu synthetisieren. Die Reaktion benötigt keinen metallhaltigen Katalysator.

ILMAC Basel

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1) Elektrophile Aktivierung 2) H 2 O

R machen, was während der Reaktion geschieht. «Dies ist der wahre Wert der Teamarbeit. Allein wäre es uns nicht möglich gewesen, den Mechanismus der Reaktion zweifelsfrei aufzuklären, unsere Kolleginnen und Kollegen der theoretischen Chemie hätten alleine keinen Zugang zu experimentellen Ergebnissen aus dem Labor gehabt. Das ist der Schlüssel für wissenschaftliche Zusammenarbeit, wo das Ganze mehr als die Summe der Einzelteile ergibt», so Maulide abschlies send. Originalpublikation Jing Li, R. Oost, B. Maryasin, L. González, N. Maulide, «A Redox-Neutral Synthesis of Ketones by Coupling of Alkenes and Amides»; DOI: 10.1038/s41467-019-10151-x Kontakt Univ.-Prof. Dr. Nuno Maulide Universität Wien Währinger Strasse 38 A-1090 Wien +43 1 4277 521 55 nuno.maulide@univie.ac.at www.univie.ac.at

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CHEMIE

Nachbau von H-erzeugenden Enzymen

Effizienz beruht auf Transportweg

Die Hydrogenasen stellen in ihrem katalytischen Zentrum aus zwei Protonen und zwei Elektronen Wasserstoff her. Die dazu notwendigen Protonen beziehen sie aus dem sie umgebenden Wasser und transportieren sie über verschiedene Zwischenstationen in ihr Inneres. Wie genau der Weg der Protonen durch die Hydrogenase aussieht, war bisher nicht bekannt. «Dieser Transportweg ist ein wesentliches Puzzleteil zum Verständnis des Zusammenwirkens von Kofaktor und Protein, das die einzigartige Effizienz von Biokatalysatoren gegenüber Wasserstoff produzierenden chemischen Komplexen begründet», erläutert Martin Winkler, einer der Autoren der Studie aus der Arbeitsgruppe Photobiotechnologie der RUB.

Strukturen von Enzymvarianten aufgeklärt Um herauszufinden, welche der infrage kommenden Bausteine der Hydrogenase am Protontransport beteiligt sind, tauschten die Forscher sie jeweils einzeln aus. Sie setzten an ihre Stelle testweise eine Aminosäure, die ähnlich funktionierte, und eine funktionslose Aminosäure. So entstanden insgesamt 22 Varianten zweier verschiedener Hydrogenasen. Diese Varianten verglichen die Forscher dann unter verschiedenen Aspekten, so auch ihre spektroskopischen Eigenschaften und ihre Enzymaktivität. «Besonders aufschlussreich waren aber die molekularen Strukturen von zwölf Proteinvarianten, die mit der Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt wurden», so Winkler. Je nachdem, an welcher Stelle die Wissenschaftler die Hydrogenase wie verändert hatten, funktionierte die Wasserstoffpro7–8/2019

Bild: RUB, Marquard

Wie genau bestimmte Algenenzyme Wasserstoff produzieren, war bisher Gegenstand von Spekulationen. Martin Winkler, Jifu Duan, Eckhard Hofmann und Thomas Happe von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) ist es gemeinsam mit Kollegen der Freien Universität Berlin erstmals gelungen, den Weg der Protonen bis ins aktive Zentrum dieser [FeFe]-Hydrogenasen exakt nachzuvollziehen. Das könnte es erlauben, solche effizienten, aber anfälligen Biokatalysatoren chemisch stabiler nachzubauen.

Martin Winkler, Jifu Duan und Thomas Happe (von links) erforschen den Weg, den Protonen in Enzymen nehmen. In der virtuellen Welt können sie den Weg selbst mitgehen.

duktion nur noch weniger effizient oder gar nicht mehr. «Wir haben so herausgefunden, warum manche Varianten empfindlich in ihrer Enzymaktivität gestört sind und andere wider Erwarten kaum beeinträchtigt sind», sagt Martin Winkler. Je näher am katalytischen Zentrum die Aminosäuren ausgetauscht wurden, desto weniger gut konnte die Hydrogenase diese Veränderung kompensieren. Funktionslose Bausteine an empfindlichen Stellen führten zur Stilllegung der Wasserstoffproduktion. «Der so erzeugte Zustand gleicht dem einer Übersättigung durch Protonenstress, bei der sowohl Protonen als auch Wasserstoff in die Hydrogenase eingebracht werden», erklärt Martin Winkler. «Diesen schon aus Experimenten bekannten, sehr flüchtigen Zustand konnten wir in unserer Arbeit zum ersten Mal stabilisieren und analysieren.» Die Studie erlaubt es für die Enzymgruppe der [FeFe]-Hydrogenasen erstmals, die Funktion einzelner Aminosäuren dem Protonentransferpfad zuzuordnen. «Darüber

hinaus liefert sie wertvolle Informationen über den molekularen Mechanismus des Protonentransfers durch redox-aktive Proteine und dessen strukturelle Voraussetzungen», so Thomas Happe. Originalpublikation Jifu Duan et al., «Crystallographic and spectroscopic assignment of the proton transfer pathway in [FeFe]-hydrogenases», Nature Communications (2018); DOI: 10.1038/s41467-018-07140-x

Kontakt Dr. Martin Winkler Arbeitsgruppe Photobiotechnologie Ruhr-Universität Bochum Universitätsstrasse 150 D-44801 Bochum +49 234 32 27049 martin.winkler-2@rub.de www.rub.de

BIOWISSENSCHAFTEN

Strukturaufklärung

Ein Enzym als Vermittler Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben einen wichtigen Teil eines Signalweges aufgeklärt, der Informationen durch die Zellmembran in das Innere einer Zelle überträgt. Dieser Signalweg ist für alle Säugetiere von grosser Bedeutung, da er an verschiedenen wichtigen Prozessen wie der Regulation des Herzschlags beteiligt ist. Drei Proteine übermitteln dabei die Informationen in das Zellinnere. Volodymyr Korkhov, Biochemiker am PSI, und seinem Team gelang es, eine Momentaufnahme des dritten Proteins zu machen und ihre Struktur zu bestimmen.

Das Zellinnere aller lebenden Zellen wird durch Membranen von der Aussenwelt getrennt. Diese Membranen halten die Zellen intakt und schützen sie vor negativen Einflüssen. Sie wirken aber auch als Barriere für Vitalstoffe und Informationen. Aus diesem Grund enthalten Zellmembranen Mechanismen, die einen gezielten Zugang gewünschter Substanzen ermöglichen oder Informationen externer Signale in die Zelle übertragen. Ein wichtiger Signalweg bei Säugetieren besteht aus drei Komponenten: Erstens einem Rezeptor, der das Signal erkennt und dadurch aktiviert wird. Zweitens einem sogenannten G-Protein, das an den aktivierten Rezeptor bindet und das Signal an ein oder mehrere Effektorproteine weiterleitet. In diesem Fall ist der Effektor das Enzym Adenylylzyklase, die dritte Komponente der Signalkette. Dieses Protein wird durch eine Untereinheit des G-Proteins aktiviert und produziert in einer biochemischen Reaktion einen sekundären Botenstoff, das sogenannte zyklische Adenosinmonophosphat (cAMP). cAMP löst verschiedene Reaktionen in der Zelle aus, beispielsweise erhöht es die Durchlässigkeit der Membran für Kalzium in Herzzellen, was zu einer Steigerung der Herzschlagfrequenz führt. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in Villigen haben nun mithilfe der Elektronenmikroskopie eine spezielle Art dieser Adenylylzyklasen abgebildet und das bislang detailreichste Bild von dieser Art Membranprotein erhalten.

¹ Paul Scherrer Institut

Bild: Paul Scherrer Institut/Markus Fischer

Sebastian Jutzi ¹

Ein Botenstoff (H) übermittelt Informationen in die Zelle. Es existieren spezielle Signalwege. A: Der Botenstoff dockt an einen Rezeptor in der Membran an und aktiviert diesen (hier verdeutlicht durch den Farbwechsel). Der Rezeptor aktiviert wiederum ein G-Protein. B: Von diesem spaltet sich die α -Untereinheit ab und bindet an den letzten Teil des Signalwegs, ein Protein mit dem Namen Adenylylzyklase (AC). Dieses stellt aus ATP – einem Energiespeicher der Zelle – einen weiteren Botenstoff her (cAMP).

Protein hemmt seine Aktivität selbst «Um zu verstehen, wie Signalwege in der Zelle funktionieren, ist es zunächst notwendig zu wissen, wie die beteiligten Komponenten im Detail aussehen», sagt Volodymyr Korkhov, Leiter der Forschungsgruppe Mechanismen der Signaltransduk-

tion im Bereich Biologie und Chemie am PSI und Assistenzprofessor am Institut für Biochemie der ETH Zürich. «Unsere Arbeit ist ein wichtiger Beitrag zur Aufklärung der genauen Funktion der Adenylzyklase in der cAMP-Signalkette.» «Überraschenderweise haben wir durch die Bestimmung der Struktur der Adenylylzyklase, die an die Alpha-Untereinheit des 7–8/2019

Bild: Foto: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic

----Ein---wEltwEit--Volodymyr Korkhov (rechts), Biochemiker am PSI, und Chao Qi, Erstautor der Studie, beim -------führEndEr--Präparieren einer Probe für die Kryoelektronenmikroskopie. ----AnbiEtEr---von--G-Proteins gebunden ist, entdeckt, dass preis ausgezeichnet. «Es ist spannend, ei-----vErfEstigungs--das Protein in der Lage zu sein scheint, nen tiefen Einblick in die Struktur der sich selbst zu hemmen», sagt Biochemiker Adenylylzyklase zu bekommen», sagt -----lösungEn----Chao Korkhov. Ein Teil des Proteins ist für diese Qi, Doktorand im Labor von Korkhov und ------für---diE----Selbsthemmung verantwortlich. Er blo- Erstautor der Studie. «Die Struktur dieses ckiert das aktive Zentrum des Enzyms und Proteins war seit seiner Entdeckung-------chEmischE-----jahrverhindert so die Überproduktion von zehntelang schwer fassbar, und ich bin -----industriE------cAMP. froh, dass ich diese Struktur mit Kryo-EM Die neue Erkenntnis über die Molekularstruktur der Adenylylzyklase liefert ein viel besseres Verständnis davon, wie externe Signale zur kontrollierten Produktion des wichtigen sekundären Botenstoffs cAMP führen. Die Konzentration von cAMP in Zellen spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, bestimmten Tumoren oder Typ-2-Diabetes. «In Zukunft könnten es unsere neuen Erkenntnisse ermöglichen, Medikamente zu identifizieren, die die Adenylylzyklase hemmen oder aktivieren – je nachdem, ob eine Überproduktion oder ein Mangel an cAMP für eine Krankheit verantwortlich ist», erklärt Korkhov. Ihre Ergebnisse erzielten die Forscher mithilfe der Kryoelektronenmikroskopie (Kryo-EM). Diese Form der Transmissionselektronenmikroskopie verwendet Temperaturen unter -150 Grad Celsius. Die zu untersuchende Probe wird in flüssigem Ethan schockgefroren, wodurch die natürliche Struktur der Probe erhalten bleibt. Diese Methode wird zunehmend für die Untersuchung biologischer Strukturen eingesetzt und wurde 2017 mit dem Nobel7–8/2019

während meiner Doktorarbeit aufklären konnte.» Die von den PSI-Forschern in ihren Untersuchungen erzielte Auflösung betrug 3,4 Ångström. Ein Ångström entspricht einem Zehnmillionstel eines Millimeters. Isolierte Atome haben einen Ra dius von 0,3 bis 3 Ångström. Originalpublikation Ch. Qi, S. Sorrentino, O. Medalia, V. M. Korkhov, «The structure of a membrane adenylyl cyclase bound to an activated stimulatory G protein», Science (2019); DOI: 10.1126/science.aav0778

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LABOR

Neue Säulen für Flüssigchromatographie

Umhüllter Kern sorgt für Schnelligkeit Das Füllmaterial einer Säule spielt für die Analysenzeit eine grosse Rolle. Die Partikel aus dem Füllmaterial sind in der Regel durchgängig porös, was zu einer vollständigen Wechselwirkung mit der Probe führt. Die Beschaffenheit der Teilchen hat somit einen direkten Einfluss auf die Kontaktzeit der Probe mit der stationären Phase. Moderne Säulen verfügen über Partikel mit einer neuartigen Grundstruktur, die die Kontaktzeit reduzieren und so die ganze Analysenzeit verkürzen.

Die neuen Säulen mit der Bezeichnung «Velox Core Shell» schliessen die Lücke im Säulenangebot und decken somit eine grössere Menge an Applikationswünschen ab als zuvor. Das Wort «Velox» kommt aus dem Lateinischen und bedeutet «schnell» bzw. «rasch» und steht für Säulen, die eine schnelle Trennleistung aufweisen. Im Vergleich zu konventionellen, vollporösen Säulen erreichen sie eine kürzere Analysenzeit.

Die Core-Shell-Technologie «Core Shell» bedeutet, dass die einzelnen Partikel aus dem Füllmaterial der Säule nicht wie üblich vollporös vorliegen, sondern einen festen Kern («Core») haben, der mit dem vollporösen Material umhüllt ist. Dieses Material ist sozusagen die Schale («Shell»). Wortwörtlich heisst «Core Shell» also umhüllter Kern. Der feste Kern ist undurchlässig für Lösemittel und Analyt. Dadurch ergibt sich eine wesentlich kürzere Kontaktzeit von Probe und stationärer Phase. Für die Analyse resultiert daraus eine kürzere Analysenzeit. Die Effizienz einer kleineren, vollporösen Partikelgrösse (z.B. 1,9 µm) ist mit der einer grösseren Partikelgrösse eines Core-Shell-Partikels (2,7 µm) vergleichbar. Der Rückdruck des Systems steigt mit kleiner werdenden Partikeln stark an. Somit führen die grösseren Core-Shell-Partikel im Vergleich zu einem insgesamt geringeren Druckanstieg. Diese Eigenschaft ist von grossem Nutzen, wenn das HPLC-System nicht sehr druckstabil ist,

aber eine schnellere Trennung erwünscht ist. Auch die Flussrate kann dementsprechend höher gewählt werden als bei vergleichbaren Säulen mit vollporösen Materialien. Im Folgenden werden diese applikativ getesteten Effekte gezeigt. Bilder: Shimadzu

Dr. Carola Thiering ¹

Ergebnisse Die beiden Chromatogramme beim Vergleich einer vollporösen Säule (Gist C18) und einer Core-Shell-Säule (Velox C18) sind in Bild 2 und 3 gezeigt. Die Methoden waren bei beiden Säulen identisch. Die jeweiligen Retentionszeiten sind in Tabelle 1 aufgelistet. Beim Vergleich der Abbildungen sowie der Tabelle wird deutlich, dass die Velox-C18Säule sehr viel kürzere Retentionszeiten aufweist als die vollporöse Gist-C18. Auch die Peakbreite ist geringer, damit einhergehend ist die Effizienz bei der Velox-C18Säule wesentlich höher. Beim letzten Peak (Naphthalin) unterschieden sich die Retentionszeit und die Peakbreite deutlich. Natürlich spielen neben dem Säulentyp auch der Kohlenstoffgehalt und die Oberfläche der Säulen eine sehr wichtige Rolle und tragen massgeblich zur Retention bei. Je grösser die Oberfläche und der Kohlenstoffgehalt auf der

Bild 1: Schematischer Aufbau eines Core-Shell-Partikels mit festem Kern (dunkelblau) und der porösen Schicht (hellblau).

Säule, desto mehr Wechselwirkungen können die Analyten mit der stationären Phase eingehen, und desto höher die Retention. Der Kohlenstoffgehalt beträgt bei der Velox-C18-Säule 7 % und bei der GistC18-Säule 14 %; die Oberfläche beträgt 130 m²/g (Velox) und 350 m²/g (Gist). Es ist gut sichtbar, dass die Peaks bei der Methode mit der Velox-Säule sehr viel schmaler und höher sind als mit der vollporösen Säule.

Shim-pack Velox-Portfolio Das Portfolio deckt verschiedenste stationäre Phasen und Dimensionen ab. Zu je-

Messparameter und Methoden Instrument: Säulen: Mobile Phase: Ofentemperatur: Flussrate: Injektionsvolumen:

LC-2040C 3D (Shimadzu) Shim-pack Velox C18; (150 mm × 3,0 mm I.D., 2,7 µm); Shim-pack Gist C18; (150 mm × 3,0 mm I.D., 3,0 µm) 35 % H2O; 65 % ACN 40 °C 0,4 ml/min 0,5 µl

¹ Shimadzu, Duisburg

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columnsCore offer more shell means that the single filling material particles of the column are not fully porous as usual but have a solid core covered with the fully porous material, just like a shell (figure 1). Core shell literally means wrapped core. The solid core is impermeable to solvents and analytes. This results in a considerably shorter contact time between sample and stationmAU

2 and 3 demonstrate a comparison of a fully porous column and a Core Shell column. The methods were identical for both columns. The retention times are compared in table 1.

umns with fully porous materials. In the following text, these effects are tested in an application. Measurement parameters and methods Figure 1: Schematic structure of a core shell particle with a solid core (dark blue) and the porous layer (light blue)

Instrument: LC-2040C 3D (Shimadzu) ary phase, thus leading to shorter Column:time Shim-pack Velox C18 ; analysis and higher efficiency (150 x 3.0 mm 2.7characμm); of themm analysis. OneI.D., of the ; (150 mm Shim-pack GIST C 18 teristics is that the efficiency of xa 3.0 mm I.D., 3.0 μm) Mobile phase: 35 % H2O; 65 % ACN Oven temperature: 40 °C Flow rate: 0.4 mL/min Injection volume: 0.5 μL

smaller, fully porous particle size (e.g. 1.9 μm) is comparable to a larger particle size of a core shell particle (2.7 μm).

LABOR

When comparing the figures and the table, it becomes apparent that the Velox-C18 column has much shorter retention times than the fully porous GIST-C18 . The peak width is also smaller, meaning that

mAU

Results 25

0 0

1.0

The two chromatograms in figures 2 and 3 demonstrate a comparison of a fully porous column and a Core Shell column. The methods were identical for both columns. 2.0 3.0 The retention times4.0are compared in table 1. Minutes

re of a core shell particle with a solid core (dark blue)

0 0

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Minutes

Tabelle 1: Retentionszeiten und Peakbreiten der Gist C18 und Velox C18.

When comparing the figures and

blue)

g to shorter her efficiency f the characiciency of a

Figure 2: Chromatogram of the GIST-C 18 column; 3 table, μm, 150it xbecomes 3.0 mm apparent that Bild 2: Chromatogrammtheder Gist-C18-Säule;

smaller, fully porous particle size 3 µm, 150 × 3,0 mm. (e.g. 1.9 μm) is comparable to a larger particle size of a core shell particle (2.7 μm).

the Velox-C18 column has much shorter retention times than the fully porous GIST-C18 . The peak width is also smaller, meaning that

20 mAU

0 0

1.0

2.0

3.0

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Minutes

Figure 3: Chromatogram of the Velox C 18 column; 2.7 μm, 150 x 3.0 mm Bild 3: Chromatogramm der Velox-C18-Säule; 2.7 µm, 150 × 3,0 mm.

SHIMADZU NEWS 1/2019 der stationären Phase gibt es ausserdem eine passende Vorsäule. In Bild 4 sind alle Phasen dargestellt. Im Folgenden werden sie der Reihe nach (von links nach rechts) beschrieben: Die Abkürzung SP steht für «sterically protected», also sterisch geschützt. Durch den sterischen Schutz ist die Säule sehr gut für mobile Phasen im stark sauren pH-Bereich nutzbar (pH 1–3). Das Retentionsprofil ist

Figure 3: Chromatogram of the Velox C 18 column; 2.7 μm, 150 x 3.0 mm

ausgeglichen und die Säule eignet sich auch für LC-MS/MS-Analysen. SHIMADZU NEWS 1/2019 Die Velox C18 weist die höchste hydrophobe Retention im Velox-Portfolio auf. Diese Phase ist die Standardwahl für Umkehrphasen-Chromatographie Sie ist kompatibel mit leicht sauren bis neutralen pH-Werten der mobilen Phase. Die Biphenyl-Phase bietet eine komplementäre Selektivität zu den Alkylphasen. Sie eignet sich für eine sehr gute Trennung bei aromatischen Verbindungen. Die Biphenyl-Phase ist ideal nutzbar, um die Sensitivität und Selektivität bei LC-MS/ MS-Analysen zu erhöhen. Die Abkürzung PFPP bedeutet Pentafluorophenylpropyl. Diese Gruppe sorgt für eine alternative Selektivität für Konformationsisomere und halogenierte Verbindungen. Ausserdem werden geladene Basen stärker retardiert. Mit der Velox-Hilic (Hydrophile Interak tionschromatographie) können polare Analyten retardiert werden. Die chemische

Bild 4: Verschiedene stationäre Phasen der Shim-pack Velox-Säulen.

Zusammensetzung der stationären Phase ist reines Silica.

Anwendung Wann ist es sinnvoll, eine Core-Shell-Säule zu verwenden? Wie so oft richtet sich dies nach der Applikation, aber auch nach dem vorhandenen HPLC-Gerät, mit welchem gemessen werden soll. Viele Anwender nutzen Core-Shell-Säulen, um eine existierende HPLC-Methode in eine Methode mit UHPLC-Charakteristika umzuwandeln. Dabei werden vollporöse Säulen mit grösseren Partikeln durch Core-Shell-Säulen mit kleineren Partikeln ersetzt. Der Anwender erhält so eine schnellere Analytik und hat keinen zu hohen Gegendruck im System. Ein weiterer Vorteil sind eine hohe Zeitund Kostenersparnis. Da durch den festen Kern die Beladbarkeit von Core-Shell-Säulen lange nicht so hoch ist wie bei vollporösen Säulen, ist insgesamt weniger Material in der Säule vorhanden, mit dem die Probe wechselwirken kann. Bei einer zu konzentrierten Probe wirkt sich dies negativ auf die Peakform aus. Kontakt Shimadzu Schweiz GmbH Römerstrasse 3 CH-4153 Reinach BL +41 61 717 93 33 info@shimadzu.ch www.shimadzu.ch

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LABOR

Forschung und Entwicklung

Digitalisierung erfasst das Labor Das Labor 4.0 nimmt konkrete Formen an. Kleine kollaborative Roboter – so genannte Cobots – werden die Beschäftigten von Routineaufgaben entlasten. Zudem werden Informationen aus geographisch verteilten Laborstandorten direkt in sogenannte Data Lakes fliessen und mittels Data Analytics nutzbringend verwendet werden. Es geht also mehr und mehr in Richtung Automatisierung. Verschiedene Chemieunternehmen experimentieren mit diesen Themen oder beginnen schon mit der Integration solcher Systeme in den Regelbetrieb.

Michael Ulbrich ¹

¹ Geschäftsführer Chemie und Grundstoffe, Accenture Strategy

Bild: Accenture

Oft sind Forscher und Entwickler in Laboren der chemischen Industrie noch mit manuellen Routinearbeiten beschäftigt und agieren dabei auf informationstechnischen Inseln. Von Hand bauen sie Versuche auf, führen Überprüfungen durch oder werten Ergebnisse nur mithilfe einfacher EDV-Lösungen aus. Werden Daten in einem elektronischen Laborhandbuch festgehalten statt auf Papier, können trotzdem noch nicht alle Kollegen rasch auf sie zugreifen. Dafür fehlen häufig die entsprechenden Schnittstellen zwischen den Standorten oder Geschäftseinheiten. Eine datenbasierte Forschung und Entwicklung beschleunigt viele Vorgänge und führt schliesslich zu einer schnelleren Markteinführung der Produkte.

Wechselwirkung der Moleküle erkennen Sehr leistungsfähige Computer können schon heute Formulierungen zum Beispiel für Waschmittel oder Beschichtungen entwickeln. Die künstliche Intelligenz (KI) hilft den Rechnern, verborgene Zusammenhänge zwischen der molekularen Struktur einer Formulierung und der beobachteten Wirkung eines Materials zu identifizieren. Dadurch können neue strukturbedingte Mechanismen als Basis für potenzielle Innovationen erkennbar werden, die man ohne den Einsatz künstlicher Intelligenz kaum entdeckt hätte. Über die Zeit lassen sich so mithilfe des maschinellen Lernens (ML) Datenbanken erarbeiten, die genutzt werden können, um neue Produkte zu entwickeln oder eine Retrosynthese bereits formulierter Produkte vorzunehmen. Aber es muss nicht gleich ein Supercom18

puter sein. Vielen Chemieunternehmen würde schon eine umfassendere Vernetzung im Labor dabei helfen, Daten besser zu erfassen. Entsprechende IT-Strukturen in Form eines Labor-Informations- und Management-Systems (Lims) und in Form von elektronischen Labornotizbüchern (ELN) sind Voraussetzungen für einen funktionierenden Data Lake. Ein Data Lake ist ein sehr grosser Datenspeicher, der strukturierte und unstrukturierte Informationen wie Texte, Tabellen oder Bilder in ihrer ursprünglichen Form abspeichert. Über so eine Sammelstelle für F+E-Daten kommt jeder Mitarbeiter leichter an wichtige Informationen. Mit Analysesoftware findet er konkrete Vorschläge zur Lösung eines Problems oder er kann sich Anregungen für neue Produkte holen. Das Konzept eines Data Lake will jedoch gut durchdacht sein. Dort sollten nur validierte Daten gespeichert werden. Diese Validie7–8/2019

LABOR

rung lässt sich heute mithilfe von KI in hoher Qualität automatisieren. Ausserdem verbessern externe Literatur- oder Patentdatenbanken die Anwendbarkeit des Data Lake, sofern sie sinnvoll ins System inte griert werden.

Reduzierte Standardabweichung Für Produktivitätssteigerung und eine bessere Reproduzierbarkeit sorgt auch der Einsatz neuer Automatisierungstechnik, etwa in Form einer neuen Klasse von Robotern, den sogenannten Cobots, als Laborroboter. Die Automatisierung wird künftig weit über die heute standardisierte Probeneinspritzung in Messgeräte hinaus gehen. Zwar werden Cobots mittelfristig kaum den kompletten Laborprozess automatisiert übernehmen, aber schon jetzt

können sie die Beschäftigten von repeti tiven Aufgaben befreien und die Qualität der jeweiligen Tätigkeit verbessern. Denn die Automatisierung kann die Standardabweichung bei verschiedenen Prozessen auf ein Drittel reduzieren. Digitalisierung und Automatisierung werden das Arbeiten im Labor also tatsächlich revolutionieren. Chemieunternehmen sollten daher die erforderlichen IT-Strukturen und -Plattformen schaffen, mit denen sich die Digitalisierung, der Einsatz von künstlicher Intelligenz sowie Automatisierungslösungen vorantreiben lassen. Für das Labor heisst dies: Die IT- und F+E-Abteilung definieren gemeinsam konkrete Anwendungsfälle, bei denen der Einsatz digitaler Technologie für den Nutzer schnell spürbare Ergebnisse liefert. Der Fokus auf die Anwenderperspektive ist sehr wichtig, denn nur so werden die

Anwender die neuen Möglichkeiten als Chance für besseres Arbeiten verstehen. Gleichzeitig ändert sich das Anforderungsprofil für Laborbeschäftigte in Forschung und Entwicklung. Neben chemischem Fachwissen wird das Verständnis für Technologie und Daten immer wichtiger: Wie in anderen Funktionsbereichen, werden Chemiekonzerne künftig auch in der Forschung und Entwicklung in immer stärkerem Masse Data Scientists benötigen.

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La soie d’araignée

Des vaccins d’un nouveau genre

Les vaccins qui stimulent le système immunitaire pour détruire les cellules tumorales sont de plus en plus utilisés dans la recherche sur la lutte contre le cancer. Le succès n’est cependant pas toujours au rendez-vous. Afin d’agir plus efficacement sur le système immunitaire – et en particulier sur les lymphocytes T, des cellules spécialisées dans la détection des cellules cancéreuses – des chercheurs des universités de Genève (UNIGE) et Fribourg (UNIFR), avec leurs collègues allemands des universités de Munich et de Bayreuth et de la startup AMSilk, ont pioché dans les merveilles de la nature pour créer des microcapsules en soie d’araignée capables de livrer le vaccin directement au cœur des cellules immunitaires. Un procédé qui pourrait également être appliqué à des vaccins préventifs visant à protéger contre des maladies infectieuses, un pas important vers des vaccins stables, faciles d’utilisation et résistants aux conditions de conservation les plus extrêmes. Cette invention est à découvrir dans la revue Biomaterials. Notre système immunitaire se base essentiellement sur deux types de cellules, les lymphocytes B – qui produisent les anticorps nous permettant de nous défendre contre de nombreuses infections – et les lymphocytes T. Dans le cas du cancer et de certaines maladies infectieu-

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ses comme la tuberculose, ce sont précisément les lymphocytes T qu’il s’agit de stimuler. Leur mécanisme d’activation est cependant plus complexe que celui des lymphocytes B: pour déclencher une réponse, il faut utiliser un peptide, un petit bout de protéine qui, s’il est injecté tout seul, est rapidement dégradé par le corps avant même d’atteindre sa cible. «Or, pour développer des médicaments immunothérapeutiques efficaces contre le cancer, il est indispensable de générer une ré ponse importante des lymphocytes T», indique la professeure Carole Bourquin, spécialiste des immunothérapies antitumorales aux facultés de médecine et des sciences de l’UNIGE, qui a dirigé ces travaux. «Les vaccins dont nous disposons actuellement n’ont qu’une action limitée sur les lymphocytes T; il est donc indispensable de développer d’autres procédés de vaccination pour contourner ce problème.»

Une capsule pratiquement indestructible Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé de la soie d’araignée d’épeire diadème, une araignée de jardin très commune en Europe. Ce matériau très léger, résistant, et non-toxique est en outre synthétisable artificiellement. «Nous avons recréé en laboratoire cette soie si particulière pour y insérer un peptide aux propriétés vaccinales», explique Thomas Scheibel de l’Université de Bayreuth, spécialiste mondial de la soie d’araignée, qui a participé à cette étude. «Ensuite, les chaînes de protéines ainsi formées sont enroulées sur elles- mêmes afin de former des microparticules injectables.» Les microparticules de soie forment une sorte de capsule de transport capable non seulement de protéger le peptide vaccinal

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Illustration: Laboratoire Bourquin – UNIGE

En incorporant un vaccin dans une microparticule de soie d’araignée, des chercheurs suisses et allemands découvrent une technique inédite pour mieux lutter contre le cancer et certaines maladies infectieuses.

Cellules immunitaires ayant ingéré des nano particules de soie d’araignée – en vert. Les endosomes – la partie de la cellule dans la quelle les nanoparticules relâchent le vaccin – apparaissent en bleu.

afin qu’il ne soit pas dégradé par l’organisme, mais aussi d’acheminer son précieux chargement à bon port, au cœur même des cellules des ganglions lymphatiques, augmentant ainsi considérablement la réponse immunitaire des lymphocytes T. «Notre étude a apporté la preuve de la validité de notre technique», révèle Bourquin. «Nous démontrons ainsi l’efficacité d’une nouvelle technique de vaccination extrêmement stable, facile à fabriquer et facilement personnalisable.»

Vers un nouveau modèle de vaccin? Les scientifiques eux-mêmes ont été surpris par la résistance des microparticules de soie d’araignée à la chaleur, qui supporte plus de 100°C pendant plusieurs heures sans dommage. En théorie, ce procédé permettrait d’offrir des vaccins ne nécessitant ni adjuvant, ni chaîne de froid. Un avantage indéniable, en particulier dans les pays en voie de développement où 7–8/2019

MEDIZIN

Image: Shutterstock

ment petits pour être incorporés dans les protéines de soie, les recherches doivent se poursuivre afin de vérifier s’il est également possible d’incorporer les antigènes de plus grande taille utilisés dans les vaccins standards, notamment contre la plupart des maladies virales.

Quand les scientifiques imitent la nature Les vaccins qui stimulent le système immuni taire sont de plus en plus utilisés dans la re cherche sur la lutte contre le cancer.

l’une des grandes difficultés est justement la conservation des vaccins. L’une des limitations de ce procédé, cependant, ré side dans la taille des microparticules: si le concept est en principe applicable à n’importe quel peptide, qui sont tous suffisam-

«De plus en plus, les scientifiques cherchent à imiter la nature dans ce qu’elle fait de mieux», ajoute Thomas Scheibel. «Cette démarche a même un nom: la bioinspi ration. C’est exactement ce que nous avons fait ici.» Les propriétés de la soie d’araignée en font un produit particulièrement intéressant: biocompatible, solide, fin, biodégradable, résistant aux conditions extrêmes et même antibactérien, on peut

imaginer de multiples applications, notamment des pansements ou des fils de suture. Référence Lucke, M. et al., «Engineered hybrid spider silk particles as delivery system for peptide vaccines», Biomaterials (2018); DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.04.008 Contact Carole Bourquin Professeure aux facultés de médecine et des sciences Université de Genève 24 rue du Général-Dufour CH-1211 Genève 4 +41 22 379 07 01 carole.bourquin@unige.ch www.unige.ch

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Leuchtende Kügelchen können helfen

Wirkstoffe für Antibiotika finden Forschende am Departement für Biosysteme der ETH Zürich in Basel haben eine neue Methode entwickelt, mit der sie schnell eine sehr grosse Anzahl an Molekülen auf ihre antibiotische Wirkung testen können. Sie entdeckten damit neue Kandidaten für Antibiotika. In Zukunft möchten sie mit dem Verfahren auch Bodenproben und das Mikrobiom auf der menschlichen Haut auf medizinisch interessante Organismen hin untersuchen.

Unbeabsichtigt gelangte vor 90 Jahren ein Schimmelpilz auf eine Bakterienkultur in Alexander Flemings Labor. Der schottische Bakteriologe beobachtete, dass der Pilz einen Stoff produzierte, der die Bakterien auf der Zellkulturplatte abtötete. Er entdeckte so Penicillin, eines der ersten Antibiotika. Mittlerweile gibt es mehrere Dutzend Klassen von Antibiotika, und die Wissenschaft sucht weiterhin unermüdlich nach neuen antimikrobiellen Wirkstoffen, da diese in der Medizin dringend benötigt werden. Die meisten dieser Medikamente sind Naturstoffe oder sind diesen stark nachempfunden. Noch immer ist die Nachweismethode dieselbe wie zu Flemings Zeiten: Ein Antibiotikum ist ein Stoff, der auf einer Zellkulturplatte Bakterien abzutöten vermag. Wissenschaftler um Steven Schmitt aus der Gruppe von Professor Sven Panke am Department für Biosysteme der ETH Zürich in Basel haben nun Flemings Methode modernisiert und miniaturisiert. So haben sie die Methode fit gemacht für die Hochdurchsatz-Analyse von Mikroorganismen und von den Wirkstoffen, die die kleinen Lebewesen produzieren. «Während es heute mit herkömmlichen Methoden bis zu einem Jahr dauert, um 10 000 Wirkstoffproduzenten zu testen, können wir innerhalb von wenigen Tagen Millionen von Varianten untersuchen», sagt Schmitt, der die Methode in seiner Doktorarbeit an der ETH entwickelte. Mit der neuen Technologie ist es den ETH-Wissenschaftlern gemeinsam mit niederländischen und deutschen Kollegen gelungen, eine Reihe neuer Antibiotika-Kandidaten zu identifizieren. Nun werden die Forscher in einem nächsten Schritt 22

Bild: ETH Zürich/Steven Schmitt und Helena Shomar

Fabio Bergamin

Das dunkle Kügelchen in der Bildmitte enthält vermutlich einen geeigneten Wirkstoff. Die Zahl der Sensor-Bakterien ist dort so klein, weshalb nur eine schwache Fluoreszenz sichtbar ist.

untersuchen, ob sich unter diesen Kandidaten auch solche befinden, die sich für eine Anwendung in der Medizin eignen.

Unbekannte Wirkstoffe in Bakterien finden Was bei Alexander Fleming eine Zellkulturschale mit einem Durchmesser von zehn Zentimetern war, sind in der neuen, «Nano-Fleming» genannten Technik kleine Gel-Kügelchen von bloss einem halben Millimeter. In diesen Kügelchen können die Wissenschaftler neue Stoffe auf ihre antibiotische Wirkung hin testen. Sie betten dazu in die Kügelchen einerseits mehrere Sensor-Bakterien ein und andererseits pro Kügelchen jeweils einen Mikroorganismus, der einen zu testenden und potenziell antibiotisch wirkenden Stoff produziert. Wirkt der produzierte Stoff tatsächlich antibiotisch, sterben die Sensor-Bakterien ab. Wirkt er nicht, vermehren sie sich und bil-

den Zellhaufen. Nachdem die Wissenschaftler die Sensor-Bakterien mit einem Fluoreszenz-Farbstoff markiert haben, können sie die nur schwach fluoreszierenden von den stark fluoreszierenden Gel- Kügelchen mithilfe einer Hochdurchsatz-Sortierungsmethode trennen. In den nur schwach fluoreszierenden Kügelchen befindet sich ein Mikroorganismus, der ein wirksames Antibiotikum produziert hat. Anschliessend können die Wissenschaftler diesen Wirkstoff identifizieren. In der aktuellen Studie, welche die Forscher im Fachmagazin Nature Chemical Biology veröffentlichten, testeten sie eine Sammlung von 6000 Peptiden (kurzen Proteinen) auf ihre antibiotische Wirkung. Es handelte sich dabei um Moleküle, die einer Gruppe von bekannten Peptid-Antibiotika, sogenannten Lantibiotika, ähnlich sind. Die Wissenschaftler wollten untersuchen, ob es durch eine intelligente Veränderung der molekularen Struktur der Lan7–8/2019

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tibiotika möglich ist, ihre Wirksamkeit zu erhöhen oder bekannte Resistenzmechanismen zu umgehen. Zusammen mit den niederländischen und deutschen Kollegen gingen sie von bekannten Lantibiotika und ihren strukturellen und funktionellen Untereinheiten aus. In einem biotechnologischen Ansatz kombinierten sie die Untereinheiten verschiedener Lantibiotika auf alle erdenklichen Weisen und fertigten so eine Sammlung von Mikroorganismen an, welche diese neukombinierten Peptide herstellen. Diese Mikroorganismen testeten sie anschlies send mit der «Nano-Fleming»-Methode. Tatsächlich fanden sie elf Peptide, die im Vergleich zu den bekannten Lantibiotika entweder bereits in kleinerer Dosis wirken oder in der Lage sind, bekannte Resistenzmechanismen auszutricksen. «Mit der Methode lässt sich auch hervorragend untersuchen, ob Mikroorganismen aus der Natur bisher unentdeckte Wirkstoffe produzieren», sagt Schmitt. Dass

Mikroben versuchten, ihre Konkurrenten mit biochemischen Verbindungen auszuschalten, sei ein natürlicher und verbreiteter Mechanismus. Möglicherweise finde man daher in Lebensräumen wie Bodenproben oder dem noch wenig untersuchten Mikrobiom auf der menschlichen Haut und im Speichel neue Antibiotikaklassen. Mit der neuen Technik könnten Mikroorganismen aus diesen Lebensräumen sehr gut analysiert werden. «Und weil wir nun in kurzer Zeit sehr viel mehr Wirkstoffproduzenten testen können als mit bisherigen Methoden, erhöht sich die Chance, Wirkstoffe von seltenen Mikroorganismen zu entdecken.» Ebenso könnte die Technik angepasst werden, um weitere Kriterien für Antibiotika gleich bei der ersten Analyse zu testen, etwa die Stabilität in der menschlichen Blutbahn oder die Umgehung von Resistenzmechanismen. Oder es wäre möglich, die Gel-Kügelchen mit verschiedenen Sensor-Bakterien zu bestücken – solchen, die

ein Wirkstoff unbedingt abtöten soll, zum Beispiel Krankheitserregern, und anderen, denen er keinesfalls schaden soll, beispielsweise Bakterien der gesunden Hautoder Mundflora. Weiterentwicklungen wie diese plant Schmitt nun im Rahmen seines ETH- Pioneer-Fellowships sowie eines Bridge- Stipendiums, mit dem der Schweizerische Nationalfonds und Innosuisse gemeinsam Entwicklungen an der Schnittstelle von Hochschulen und Industrie fördert. Ebenfalls ist die Gründung eines Spin-offs in Planung, um die Methode zu kommerzia lisieren. Kontakt ETH Zürich Rämistrasse 101 CH-8092 Zürich +41 44 632 42 44 news@hk.ethz.ch www.ethz.ch/news

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Bild: Adobe Stock

ERNÄHRUNG

Weder der Zuckergehalt noch die Temperatur beeinflussen die Mikrostruktur des Limoncellos zur Überraschung der Wissenschaftler.

Europäische Forschung mit Geschmack

Warum ist Limoncello milchig? Nach der Weihnachtsgans, der französischen Foie Gras oder dem italienischen Festtags-Menü schmeckt er besonders gut: Ein eiskalter Limoncello als flüssiger Nachtisch. Ein Postdoc der TU Berlin untersucht italienischen Likör in Frankreich.

Stefanie Terp ¹ Der süsse, milchig-neongelbe, italienische Likör ist europaweit nicht nur ein beliebter Digestif oder Basis für originelle Cocktails, sondern auch ein Objekt wissenschaftlicher Neugierde: «Uns interessiert vor allem der ‹Ouzo-Effekt› des Limoncello», so Leonardo Chiappisi, Postdoc an der TU Berlin und dem Institut Laue-Langevin (ILL, Frankreich), wo die stärkste Neutronenquelle der Welt beheimatet ist. «Benannt ist dieser Effekt nach Ouzo, einem Anis-Aperitif, bei dem es sich normalerweise um eine klare Flüssigkeit handelt, die durch Zugabe von Wasser milchig und undurchsichtig wird. Uns interessierten die physikalischen Grundlagen für diese stabile Mischung aus Alkohol, Öl und Wasser», so der geborene Sizilianer, der gerne bekennt, dass seine Herkunft die Auswahl des Untersuchungsobjektes nicht unwesentlich beeinflusst hat. «Limoncello ist in ganz Süditalien ver-

¹ Stabsstelle Presse, Öffentlichkeitsarbeit und Alumni, Technische Universität Berlin

breitet. Viele Italiener stellen den Zitronenlikör selbst her, indem sie Zitronenschalen mehrere Wochen in Alkohol einlegen. Meine Kollegin Dr. Isabelle Grillo vom Institut Laue-Langevin und ich hoffen jetzt, dass unsere Ergebnisse zu diesem italienischen ‹Kulturgut› dabei helfen, neue, umweltfreundliche Spezialchemikalien zu entwickeln, die auf Zitrusölen basieren.»

Eigenschaften von Zitrusölen sind interessant Normalerweise stossen sich Öl und Wasser ab und müssen durch Zugabe eines Emulgators oder eines Tensids zu einer stabilen Mischung «gezwungen» werden. Bei Ouzo und ähnlichen Likören hält der Alkohol das Öl und das Wasser jedoch zusammen, solange nur eine bestimmte Menge Wasser dazugegeben wird. «Genau diese Eigenschaft, wasserabweisende Chemikalien in einer Emulsion mit Wasser zu halten, ist für die Spezialchemieindustrie interessant, da man einer solchen Mischung keine Tenside oder Emulgatoren zusetzen muss, die später wieder aufwendig entfernt und entsorgt werden müssen. Somit könnte diese Eigenschaft von Zitrusölen helfen, umwelt-

freundliche Lösungsmittel, Kunststoffe oder auch Insektenschutzmittel zu entwickeln», so Leonardo Chiappisi. Die physikalischen Eigenschaften eines Getränks oder eines Nahrungsmittels beeinflussen seinen Geschmack. So muss ein guter Limoncello milchig sein. Niemals würde es Chiappisi einfallen, einen nicht milchigen Limoncello zu trinken. Diese Trübung entsteht aufgrund der Mischung von Zitrusölen, Wasser und Alkohol. Sie setzt sich aber nicht ab, wie man es ansonsten von einer Mischung dieser nicht ineinander lösbaren Komponenten erwarten würde, sondern bleibt dauerhaft erhalten. Chiappisi entdeckte, dass Limoncello aus winzigen Öltröpfchen mit einem Radius von rund 100 Nanometern besteht, die in einer Alkohol-Wasser-Mischung suspendiert sind. Der Postdoc an der TU Berlin entschied sich für die Neutronenstreuung als Untersuchungsmethode, da dies eine der wenigen Techniken ist, die Strukturen von weichen Materialien in einem Massstab von einem bis zu hunderten Nanometern auflöst. Dabei wird ein starker Neutronenstrahl auf eine Probe gerichtet. «Der Neutronenstrahl reagiert auf die Anzahl der 7–8/2019

Bild: TU Berlin

ERNÄHRUNG

Leonardo Chiappisi entdeckte, dass Limoncello aus winzigen Öltröpfchen mit einem Radius von rund 100 Nanometern besteht, die in einer Alkohol-Wasser-Mischung suspendiert sind.

Neutronen in einem Molekül. Dementsprechend verlässt er die Probe in einem anderen Winkel als er eintritt und ermöglicht uns so zu rekonstruieren, wie die Struktur aussieht.» Während das Zitronenöl natürlich reich an Wasserstoff ist, dessen Kern keine Neutronen enthält, reicherte das Team das Wasser und den Alkohol (Ethanol) mit Deuterium an – einer Variante (Isotop) von Wasserstoff mit einem zusätzlichen Neu tron im Kern, um so zwischen den unterschiedlichen Substanzen differenzieren zu können. Limoncello wird in der Regel gekühlt serviert und langsam getrunken, so dass er sich nach und nach erwärmt. Daher untersuchte das Team nicht nur, ob sich die physikalischen Eigenschaften des Limoncellos bei steigender Temperatur verändern. Parallel dazu experimentierten sie auch mit unterschiedlichen Zucker- und Wasserbeimengungen.

Zuckergehalt hat keinen Einfluss Zu Chiappisis Überraschung beeinflussten weder der Zuckergehalt noch die Temperatur die Mikrostruktur des Limoncellos. Anders verhielt es sich beim Verhältnis von Öl zu Wasser: Bei einem Wassergehalt von rund 50 Prozent, wie es einem hochwertigen Limoncello entspricht, sind nur etwa zwei Drittel des Öls in Tröpfchen eingeschlossen. Der Rest des Öls liegt frei vor und kann als Zitronenduft freigesetzt werden, was vermutlich den Geschmack zusätzlich steigert. Die Frage, wie genau der Alkohol diese winzigen Tröpfchen erzeugt und in 7–8/2019

Suspension hält, ist noch nicht gelöst. «Das Thema ist komplex, und es wird noch einiges an Forschung brauchen, bis wir das Phänomen verstanden haben. Ein möglicher Faktor: Computersimulationen legen nahe, dass die mit Alkohol angereicherten Öltropfen eine flexible Oberfläche haben, die es ihnen ermöglicht, im Wasser zu ‹wobbeln›. Aber das ist bislang nur eine Hypothese», erklärt Chiappisi. In der Zwischenzeit hofft der Physikochemiker, dass die von ihm entdeckten Eigenschaften der Substanzen Zitronenöl, Alkohol und Wasser dazu beitragen, tensidfreie Emulsionen für verschiedene Anwendungen zu entwickeln, von Industriekatalysatoren bis zu natürlichen ätherischen Ölen als Spezialchemikalien. Originalpublikation Leonardo Chiappisi and Isabelle Grillo, «Looking into Limoncello: The Structure of the Italian Liquor Revealed by Small-Angle Neutron Scattering», ACS Omega (2018); DOI: 10.1021/acsomega.8b01858

Kontakt Dr. Leonardo Chiappisi Institut für Chemie Technische Universität Berlin Strasse des 17. Juni 124, Sekr. TC7 D-10623 Berlin +33 476 207953 leonardo.chiappisi@tu-berlin.de www.tu-berlin.de

NEWS

RZE KÜRZE – IN KÜ N I – E Z R Ü K IN KÜRZE – IN

n Die Lonza Group hat ihre Absicht bekannt gegeben, ihr Segment Specialty Ingredients (LSI) auszugliedern. Die Entscheidung wird dazu führen, dass das LSI-Geschäft zukünftig unter unabhängiger Leitung steht und mehr Kontrolle über seine operativen Aktivitäten und Kosten hat. Das Segment bleibt zu 100 % im Besitz von Lonza. Das Unternehmen hat bereits mit der Ausgliederung begonnen und erwartet, dass der Prozess bis Mitte 2020 abgeschlossen sein wird. Um die Geschäftseffizienz weiter zu verbessern, plant Lonza zudem Beratungen über den Abbau von etwa 130 Stellen, davon rund 50 in der Schweiz und 35 in den USA. www.lonza.com n Die Schweizerische Normen-Vereinigung (SNV) feierte ihr 100-Jahr-Jubiläum am Ursprung ihres Bestehens, in Baden in der Trafohalle, mit spannenden «Inspiration Sessions» zu den aktuellen Themen «5G», «Innovationstechnik», «Drohnen» sowie «Robotik und Elektromobilität». Die Gäste wurden durch verschiedene Räume geführt und wurden Zeuge von eindrücklichen und dynamischen Live-Vorstellungen. Ein Lichtkünstler aus Prag, Alex Dowis, verzauberte die Gäste mit seiner magischen Lichtshow. www.snv.ch

n BASF kann sich im zweiten Quartal auf einen ordentlichen Zufluss freuen. Das Unternehmen rechnet aus der Zusammenführung des Ölund Gasgeschäfts der Tochter Wintershall mit dem Rivalen Dea mit einem Buchgewinn in einem «einstelligen Milliardenbetrag», wie Finanzvorstand Hans-Ulrich Engel sagte. Die Nettoverschuldung des Chemiekonzerns wird sich um einen niedrigen einstelligen Milliardenbetrag verringern, nachdem die fusionierte Wintershall Dea ihre Finanzierung auf eigene Beine gestellt habe. Der Zusammenschluss im Öl- und Gasgeschäft war Anfang Mai abgeschlossen worden. www.basf.com n Lonza reagiert auf die wachsende Nachfrage nach hochaktiven pharmazeutischen Wirkstoffen. Es entstehen neu zwei Produktionslinien für die Herstellung von insgesamt vier Kubikmetern hochaktiver Wirkstoffe (Highly Potent Active Pharmaceutical Ingredients = HPAPI). Schwerpunkt bleiben dabei Arzneien gegen Krebs. Voraussichtlich ist die Erweiterung im Juli 2020 abgeschlossen. www.lonza.com n Novartis kündigte an, dass Marie-France Tschudin, derzeit Präsidentin des Novartis Unternehmens Advanced Ac-

celerator Applications (AAA), zur Präsidentin von Novartis Pharmaceuticals ernannt wurde. Sie wird an Vas Narasimhan, dem CEO von Novartis, berichten und der Geschäftsleitung von Novartis mit sofortiger Wirkung beitreten. Marie-France Tschudin tritt die Nachfolge von Paul Hudson an, der Novartis verlässt, um die Position als CEO eines multinationalen Pharmaunternehmens zu übernehmen. www.novartis.com n Die Volksinitiative «Organspende fördern – Leben retten» verlangt die Einführung einer engen Widerspruchslösung, um die Zahl der Organspenden deutlich zu erhöhen. Damit dürften einer verstorbenen Person Organe entnommen werden, falls sie sich zu Lebzeiten nicht dagegen ausgesprochen hat. Der Bundesrat unterstützt das Anliegen grundsätzlich, schlägt aber eine Gesetzesänderung vor, um gleichzeitig die Rechte der Angehörigen zu wahren. Diese sollen weiterhin den Willen der verstorbenen Person einbringen können. Der Bundesrat hat das Eidgenössische Departement des Innern an seiner Sitzung vom 14. Juni 2019 beauftragt, einen indirekten Gegenvorschlag auszuarbeiten. Eidgenössisches Departement des Inneren

n Bosch plant, das Geschäft mit Verpackungsmaschinen in Waiblingen an eine neu gegründete Gesellschaft, die von CVC Capital Partners (CVC) verwaltet wird, zu verkaufen. Damit bleibt das Unternehmen mit den Bereichen Pharma und Food als Ganzes erhalten. CVC, mit Sitz in Luxemburg, ist eine führende Beteiligungsgesellschaft mit 24 Niederlassungen in Europa, Asien und den USA und verwaltet momentan mehr als 75 Mrd. USD an Kapital. Zum Übergang des gesamten Verpackungstechnikgeschäfts, inklusive der 6100 Mitarbeiter in 15 Ländern, haben die Parteien am 11. Juli 2019 einen Vertrag unterzeichnet. www.bosch.de n Merck hat zum ersten Mal den «Future Insight Prize» vergeben. Die Preisträger Pardis Sabeti von der Harvard University und dem Broad Institute of MIT and Harvard (Cambridge, Massachusetts, USA) sowie James Crowe vom Vanderbilt University Medical Center (Nashville, Tennessee, USA) wurden heute für ihre wissenschaftliche Arbeit ausgezeichnet, die den Grundstein für die spätere Realisierung eines «Pandemic Protector» legen könnte. Dabei handelt es sich um ein visionäres so genanntes «Dream Product» zum Schutz vor Pandemien. www.merck.com

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NEWS

Bild: PD

Silvia Schweickart an der Spitze von Novartis Pharma Schweiz in Rotkreuz

Silvia Schweikart

Silvia Schweickart übernahm am 1. Juli 2019 den Vorsitz der

Geschäftsleitung der Novartis Pharma Schweiz AG und wird als Site Head auch für den gesamten Standort Rotkreuz verantwortlich sein. Sie tritt damit die Nachfolge von Monika Jänicke an, die bereits im September vergangenen Jahres die Geschäftsführung der Pharmasparte von Novartis in Frankreich übernahm. Silvia Schweickart stösst von Galderma zu Novartis, wo sie als General Manager für die

Geschäfte in der Schweiz verantwortlich war. Das auf Dermatologie spezialisierte Pharmaunternehmen ist Teil von Nestlé. Davor hatte Silvia Schweickart Positionen bei Saatchi & Saatchi Healthcare Advertising in den USA und bei Merz Pharmaceuticals in Deutschland und Grossbritannien inne. Novartis Pharma Schweiz ist für die Vermarktung der über 100 verschreibungspflichtigen Medi-

kamente des Novartis-Konzerns in der Schweiz zuständig. Zu den wichtigsten Therapiegebieten zählen Neurologie, Immunologie, Dermatologie, Augenheilkunde sowie Kardiologie, Atemwegserkrankungen und Onkologie. Insgesamt sind rund 280 Mitarbeiter bei Novartis Pharma Schweiz in Rotkreuz beschäftigt. Medienmitteilung Novartis www.novartis.com

Ein Spin-off des Biozentrums der Universität Basel, T3 Pharmaceuticals AG, gewinnt mit dem Förderpreis der W.A. de Vigier Stiftung die höchstdotierte Auszeichnung für Jungunternehmen in der Schweiz. Das Preisgeld beläuft sich auf 100 000 Franken. Die Firma ist ein auf Immunonkologie fokussiertes Biotechunternehmen. T3 Pharmaceuticals gehört zu den fünf besten Start-ups, die von der W.A. de Vigier Stiftung in einem mehrstufigen Verfahren aus einer Rekordzahl von 256 Anmeldungen ausgewählt wurden. An der Preisverleihung in Solothurn vergab die Stiftung insgesamt zehn Preise: fünfmal

100 000 Franken und fünfmal 50 000 Franken. Der höchstdotierte Förderpreis für Jungunternehmen der Schweiz wird ohne jegliche Bedingungen verliehen. Immuntherapie wird als Wendepunkt im Kampf gegen Krebs gesehen: Anders als herkömmliche Therapien, die den Tumor direkt angreifen, stimuliert der Ansatz von T3 Pharma das körpereigene Immunsystem, damit dieses die Krebszellen selektiv erkennt und attackiert. Die Resultate bestätigen das medizinische Potenzial der immunonkologischen Therapie. T3 Pharmaceuticals wurde im Mai 2015 als Spin-off des Biozentrums der Universität

Bild: T3 Pharmaceuticals

Höchstdotierter Start-up-Preis für T3 Pharmaceuticals

T3 Pharmaceuticals AG, ein Spin-off des Biozentrums der Universität Basel, gewinnt die höchstdotierte Auszeichnung für Jungunternehmen in der Schweiz.

Basel gegründet. Die Firma fokussiert sich auf bakterienbasierte Immunonkologie zur Behandlung von festen Tumoren. T3 ist bereits ausgezeichnet als «Science Startup of the year 2018» von Falling Walls Venture, eine der ers-

ten BaseLaunch Firmen und Gewinner der Venture.ch Businessplan-Competition 2016.

Medienmitteilung T3 Pharmaceuticals AG www.t3pharma.com

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Bilder: Roger Bieri

VER ANSTALTUNGEN

Es sind bereits rund 80 Prozent der Gesamtnettoausstellungsfläche für die kommende Messe gebucht und reserviert.

Rückblick Chemspec Europe 2019 in Basel

Die Messe verzeichnet Rekordzahlen Am 27. Juni endete die 34. Chemspec Europe in Basel. Es war die bislang grösste Messe. Insgesamt strömten 4295 Besucher aus 53 Ländern in die Stadt am Rheinknie. Noch nie waren die Besucherzahlen so hoch wie bei der diesjährigen Fachmesse für Fein- und Spezialchemie. Ebenso stellt die Nettoausstellungsfläche einen neuen Rekord dar. Nicht nur die Veranstalter, auch die Besucher und Aussteller scheinen nach ersten Umfragen äusserst zufrieden zu sein.

«Wir haben die Organisation der Veranstaltung vor vier Jahren übernommen und vor drei Jahren hier in Basel das erste Mal durchgeführt. Seither wächst die Messe, wir haben über die Jahre sowohl mehr Aussteller als auch mehr Besucher für die Veranstaltung gewinnen können», berichtet uns Susanne Neuner, PR & Marketing Direktorin des Veranstalters Mack Brooks Exhibitions, noch während der Messe. Die Zahlen sprechen für sich. Auf der Ausstellungsfläche von 6369 Quadratmetern präsentierten sich insgesamt 379 Aussteller aus dem breiten Spektrum der Fein- und Spezialchemie. Dies entspricht einem Zuwachs der Ausstellungsfläche von vier Prozent im Vergleich zur Vorjahresmesse, während die Zahl der Aussteller um fast sechs Prozent gestiegen ist. Europäische Aussteller kamen hauptsächlich aus Deutschland, Grossbritannien, der Schweiz, Frankreich und Belgien. Wichtigste nicht-europäische 28

Während der zwei Tage befanden sich insgesamt 7001 Personen in der Messehalle.

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VER ANSTALTUNGEN

Ausstellerländer waren Indien, China und die USA. Die Besucher waren grösstenteils Hersteller, Distributoren, Rohstofflieferanten und Equipment-Anbieter und arbeiten für FE-Unternehmen oder Beratungsfirmen. Innerhalb ihrer Unternehmen kam die Mehrheit der Besucher aus der Geschäftsleitung oder war für Einkauf und Beschaffung oder Produktions- und Prozessmanagement zuständig. Bei den Besuchern waren die Nationen Deutschland (29 %) und die Schweiz (23 %) am stärksten vertreten.

Generationswechsel fordert neue Kommunikation «Eine besondere Herausforderung ist es, die sehr spezialisierte Branche anzusprechen, dies ist jedes Mal eine schwierige Aufgabe», erklärt Neuner. «Auch der Generationswechsel erfordert, dass wir an neue, jüngere Zielgruppen herantreten müssen. Darüber hinaus wandeln sich Berufsbezeichnungen, und es ist nicht immer sofort ersichtlich, welche Funktionen die Personen ausüben.» Zudem betont sie, dass sie gelernt hätten, gerade den Nachwuchs anzusprechen. Auch die Lonza hat mit ihrem Stand eine neue Art, die Kunden anzusprechen, gewagt. «Dieses Jahr fahren wir eine andere

Die Rückseite der Videoleinwand am Stand der Lonza regt zum Nachdenken an.

Annäherung. Wir wollten nicht nur einfach irgendwelche Broschüren auflegen», erzählt uns Simon Spaar, Global Head Sales Operation Agro Ingredients bei der Lonza. «Wir brauchen einen Eyecatcher: eine grosse Videoleinwand und ein Schweizer Kreuz als Tisch, auf dem sich zwei grosse Touchscreens befinden, worauf der Besucher sich direkt Informationen, die für ihn relevant sind, zusammenstellen kann. Dies bieten wir an, um uns auch etwas von der Masse abzuheben.»

Das Analoge bleibt Trumpf

Silvano Landert, Leiter ECSA Chemicals Flawil.

Simon Spaar, Global Head Sales Operation Agro Ingredients bei der Lonza.

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«Ich persönlich glaube nicht, dass in kürzerer Zukunft die neuen Verfahren die alten vollständig ablösen werden. Es wird ein langsamer Wandel sein», ist sich Neuner sicher. «Die Digitalisierung hilft bei der Produktion, sie hilft uns auch, um uns zu vernetzen und manches schneller und besser zu machen, aber im Endeffekt sind wir alle Menschen und dieses ‹Face to Face› hat trotz aller Unkenrufe bis heute überlebt und wird auch weiterhin überleben. Es gibt natürlich auch bei uns im Messewesen neue digitale Systeme. Unser neues Matchmacking-System erleichtert den Messeteilnehmern, sich zu treffen; das ist wichtig denn sie haben immer weniger Zeit. Man muss solche digitalen Tools als Messeveranstalter auch für das Nachmessegeschäft anbieten, als Referenz, was alles auf der Messe gezeigt wurde und damit sich

Teilnehmer auch anschliessend noch austauschen können. Es wird also auch in Zukunft ein nebeneinander sein, von digitalen Tools und analogem Messebetrieb.» Auf das klassische «Von-Angesicht-zu-Angesicht» setzt auch das Schweizer Unternehmen ECSA Chemicals. «Wir sind präsent für die Kunden und möchten eine gute Beziehung mit den Distributoren pflegen. Wenn wir die Gesichter sehen und wissen, wer dahintersteckt, können wir eine solide Basis für eine gute Zusammenarbeit für die Zukunft aufbauen», fasst Silvano Landert, Leiter ECSA Chemicals Flawil, zusammen.

Bereits viele Anmeldungen für die nächste Messe Eine erste Auswertung der Messeumfrage hat ergeben, dass Aussteller, Besucher und Konferenzsprecher mit der Messe hochzufrieden waren. Schon vor Ort haben sich zahlreiche Aussteller ihren Stand für die Chemspec Europe 2020 gesichert. Somit sind bereits rund 80 Prozent der Gesamtnettoausstellungsfläche für die kommende Messe gebucht und reserviert. Die Chemspec Europe 2020 findet vom 27. bis 28. Mai 2020 in der Halle 8 der Koelnmesse statt. www.chemspeceurope.com Text: Mack Brooks/Roger Bieri 29

VER ANSTALTUNGEN

Basel Life 2019

Plattform für die Biowissenschaften

In diesem Jahr ist die Ausstellung Austragungsort der «Basel Life Plaza», dem Networking-Zentrum der Konferenz. Hiermit setzen die Veranstalter dem Standard- Messeablauf einen neuen Trend für he rausragende Networking-Möglichkeiten in den europäischen Biowissenschaften entgegen. Wie wird diese Herausforderung Wirklichkeit? Zum einen bringt Basel Life 2019 bereits Tausende Wissenschafts- und Industriedelegierte sowie Vordenker aus ganz Europa und der Welt zusammen, die ihre Forschungsergebnisse auf der Embo at Basel Life, der [BC]²-Bioinformatik-Konferenz, und auf einer Reihe von Innova tionsforen zu Technologie, Anwendung und Wirtschaft vorstellen. Zweitens bietet die Ausstellung Organisationen die Möglichkeit, Networking-Inseln als Alternative zu etablierten Messeständen zu buchen. Diese Inseln sind für einen einzigen Tag oder für die gesamte

Bild: Basel Life

Basel Life ist Europas führender Kongress in den Biowissenschaften – und bringt 2019 zwei wichtige wissenschaftliche Konferenzen und ein neues Networking-Plattform-Konzept zusammen. Die Veranstaltung findet vom 9.–12. September im Kongresszentrum in Basel statt.

Konferenz verfügbar und bilden den perfekten informellen Rahmen, um Unternehmen und Besucher der Konferenz zusammenzubringen. Drittens gibt es auf der Plaza auch eine Ausstellungsbühne, die ein Forum für wissenschaftliche Gespräche zu «Enabling Technologies» ausserhalb des üblichen Hörsaalformats schafft. Vom Start-up- bis zum etablierten Life-Science-Unternehmen kann jeder einen der begehrten 15-Minuten-Slots für Firmen- oder Produktpräsentationen buchen. Alle Sessions

werden auf der Website, im Taschenprogramm, in der Basel Life App und vor Ort angekündigt. Um Ihr Unternehmen und Ihre Forschung vorzustellen, buchen Sie einfach einen Stand oder eine Networking-Insel auf der Basel Life. Weitere Informationen erhalten Sie per E-Mail industry.basellife@congrex.com oder unter www.basellife.org.

Quelle: Basel Life

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VER ANSTALTUNGEN

Kraftstoffe und Effizienzpotenziale

Bio-Produktion triggert Innovation Diesel aus gewöhnlichem Raps – das ist ein Kraftstoff aus einem nachwachsenden Rohstoff. Dies klingt eigentlich sehr vielversprechend. Bei genauerem Hinsehen entpuppt sich jedoch die vermeintliche Ökobilanz als Energieschleuder. Die Rechnung geht nicht ganz auf. Andere Lösungen sind gefragt. Aber was kann man nun tun, um eine vertretbare Energiebilanz zu erreichen? Welche Bio-Chemikalien soll man produzieren?

Bevor der Biodiesel im Tank landet, muss der Raps geerntet und zur Ölmühle trans portiert werden. Das dort gewonnene Rapsöl ist aber nicht unmittelbar einsatz fähig, sondern muss erst zu Rapsölmethyl ester (RME) umgeestert werden. Letztlich muss man in den Gesamtprozess mehr Energie hineinstecken, als durch die Ver brennung des Kraftstoffs am Ende wieder herauskommt. Dafür ist das RME aber weitgehend rückstandsfrei biologisch ab baubar. Dies gilt übrigens für eine ganze Reihe von Produkten auf Basis der synthe tischen Estertechnologie. Dabei setzt man natürliche Fettsäuren mit geeigneten Alko holen um und erhält zum Beispiel Hydrau liköl oder Schmierfett.

In der Umwelt können Bakterien all diese Substanzen, bis auf gegebenenfalls zuge setzte Additive, zu Wasser und Kohlendio xid zersetzen. Ähnlich weist auch Bioetha nol – erst recht im Vergleich zu den dadurch ersetzten erdölbasierten Kraft stoffen – eine gute biologische Abbaubar keit auf. Diese Produkteigenschaft rückt zurzeit stärker ins Blickfeld, aber biologisch abbaubar heisst eben nicht automatisch, dass die Gesamtenergiebilanz im ökologi schen Sinne stimmt. Das sind zwei Paar Schuhe. Vorteile könnten die sogenannten «Low- carbon-Biokraftstoffe» mit sich bringen. Dabei stammen die Eingangsstoffe aus Abfall- und Nebenprodukten, zum Beispiel aus Pflanzenreststoffen wie Weizen-, Reisund Maisstroh sowie Zuckerrohrbagasse. Nach einer chemikalienfreien Vorbehand lung erfolgt eine integrierte Produktion von Rohstoffen sowie von prozessspezifi 7–8/2019

Bild: Metrohm

Biologische Abbaubarkeit stärker im Bewusstsein

Bild 1: Schnelle und vielfältige Prozessanalytik könnte Biokraftstoffen helfen, sich am Markt noch besser durchzusetzen (Process Analyzer ADI 2045TI, Metrohm, Zofingen).

schen Enzymen und schliesslich die Gene rierung grosser Mengen fermentierbarer C5- und C6-Zucker («sunliquid-Verfah ren»). Aus diesen Zellulosezuckern wiede rum lässt sich Biodiesel gewinnen. Solche Verfahren verheissen sowohl eine höhere Wertschöpfung als auch eine bessere Kli mabilanz.

In den Tank oder in den Chemieprozess Aber ist die Verwendung als Kraftstoff nicht letztlich nur eine thermische Verwer tung? Das wäre zu kurz gedacht. Denn al ternativ zur Verbrennung im Motor können die gewonnenen Rohstoffe, wie beispiels

weise Bioethanol, Bioisobuten oder Bio fettsäuren, ebenso gut in der Chemiein dustrie als Edukte eingesetzt werden. Insofern stellt die stoffliche Umwandlung von Pflanzenreststoffen eine Plattform technologie dar. Immer wieder werden darüber hinaus Top-Listen mit verschiedenen Bio-Chemi kalien aufgestellt, die es zu produzieren gelte – so auch beim EU-Förderprojekt RoadToBio. Nach den zurzeit bekannten Ergebnissen kann es sich zum Beispiel empfehlen, Glycerin als Nebenprodukt der Biodiesel-Herstellung abzuschöpfen und als Fermentationssubstrat für Bernstein säure, Zitronensäure, 1,3-Propandiol und Biogas einzusetzen. Auch das industriell 31

immens wichtige p-Xylol lässt sich auf der Basis nachwachsender Rohstoffe (Zellulo se, Lignin) oder mit Fermentationsverfah ren gewinnen. Solche Top-Listen können zur Orientierung dienen, stellen aber nicht zwingend der Weisheit letzten Schluss dar. So steht aus Bio-p-Xylol produziertes Polyethylente rephthalat (PET) in seiner Bioabbaubarkeit nicht besser da als PET auf Basis fossiler Ausgangsstoffe. Wer den eigenen Betrieb grüner machen möchte, informiert sich daher zunächst gründlich und definiert kla re Ziele. Dies ist die Voraussetzung für messbare Erfolge und einleuchtende Argu mente in der gesellschaftlichen Diskussi on.

«Bio» fordert die Analytik heraus

Bild: Ehrensberger

Zur Bewertung von Bio-Prozessen und zur Qualitätssicherung der gewonnenen Bio-Substanzen steht eine verlässliche Analytik ganz oben. Hier spielt sie tenden

Bild 2: Elementanalytik erfasst kleinste Konzentrationen: hinunter bis in den Bereich von 2 bis 3 ppb, zum Beispiel bei der Analyse von Schwefel in Dieselkraftstoff.

ziell eine noch wichtigere Rolle als bei klassischer erdölbasierter Produktion. Denn zum Beispiel können die Qualitäten der eingesetzten nachwachsenden Roh stoffe und der Produkte stärker schwan ken. Ein wichtiger Trend geht hier zu Prozess analysatoren. Sie basieren auf klassischen Labormethoden und transferieren sie di rekt in den Prozess. Für die Kraftstoffana lytik kann man sich dabei einiges von der bekannten Petrochemie abschauen. Dort sind Prozessanalysatoren in vielen Seg menten einsetzbar, vor allem bei der Downstream-Überwachung von Zwischenund Endprodukten (Aufbereitung, Reini gung, Veredelung von Erdöl und Erdgas). Im Einzelnen geht es hier unter anderem um die Säurezahl (TAN) in Rohöl, die Ok tanzahl, den Cetan-Index («Zündwilligkeit» von Diesel), den Aromatengehalt, den Wassergehalt, die Dichte oder den Brom index. Eine gute Möglichkeit zur Schonung von Ressourcen bietet sich beim sogenannten Sauerwasserstripping: Im Raffinationspro zess entsteht bei der Freisetzung von Schwefelwasserstoff Sauerwasser. Dieses wird in mehreren Schritten aufgereinigt und wiederverwendet. Eine gezielte Über wachung von Ammoniak und Sulfiden lässt sich zur Steigerung der «Stripper-Effi zienz» nutzen. Der entstehende Dampf wird reduziert und Energie eingespart. Ausserdem wird die Effektivität der Wasse raufreinigung kontrolliert. Das sorgt im Endeffekt für saubereres Abwasser, und die Anlage wird besser vor Korrosion ge schützt. Hier spielen Prozessanalysatoren ihre Stär ken aus, indem sie mehrere Parameter gleichzeitig bestimmen. Im konkreten Fall wird zum Beispiel Schwefelwasserstoff photometrisch analysiert (650 nm) und Ammoniak durch Säure-Base-Titration mit Salzsäure-Masslösung gegen eine pH-Glas elektrode.

Bild: Vibraconcept

VER ANSTALTUNGEN

Bild 3: Temperatur, Druck, pH-Wert, Ammoniakkonzentration, Sulfidkonzentration: Man braucht eine Vielzahl von Daten, um den Bio-Prozess zu optimieren – die moderne Prozessanalytik kann sie liefern.

Die hohe Analysenfrequenz und ein schnelles Feedback durch Online-Anbin dung erleichtern den verantwortlichen Mit arbeitern eine engmaschige Kontrolle. Auch entfallen manuelle Probennahmen, was zu einer Fehlerreduzierung führt.

Fazit Die Chance ist da, aus Reststoffen Bio kraftstoffe oder Edukte für die Chemiepro duktion zu schaffen. Die möglichst rückstandsfreie Abbaubarkeit in Luft, Bo den und Wasser spielt dabei eine zuneh mend wichtige Rolle. Moderne Multipara meter-Analysatoren helfen auf der Basis bekannter Laborverfahren und der Anwen dungserfahrung bei erdölbasierten Prozes sen dabei, an vielen Stellen auch bei der Herstellung von Bio-Chemikalien noch Effizienzpotenziale zu heben. ILMAC Basel 2019 Dauer: Dienstag, 24. bis Freitag, 27. September 2019 Öffnungszeiten: 9 bis 17 Uhr Ort: Messe Basel, Halle 1 Veranstalter: MCH Messe Schweiz (Basel) AG info@ilmac.ch www.ilmac.ch

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TERMINE

Kurse, Seminare, Workshops und Messen AUGUST 2019 28.08. – 29.08.

Risikomanagement Grundlagen Ort: CH-Wallisellen Veranstalter: Swiss Safety Center, www.safetycenter.ch Ort: Buss Industriepark Hohenrainstrasse 12c, CH-4133 Pratteln Blanche Schlegel, +41 44 877 63 78 blanche.schlegel@safetycenter.ch https://akademie.safetycenter.ch

24.09. – 27.09.

ILMAC Basel 2019 MUT 2019 Ort: CH-Basel Veranstalter: MCH Messe Schweiz (Basel) AG Messeplatz 10, CH-4005 Basel +41 58 206 23 70 info@ilmac.ch, www.ilmac.ch

30.09.

Was leistet «Analytical Quality by Design (AQbD)» im HPLC-Labor? (TR-23) Ort: CH-Olten Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft/ Division analytische Wissenschaften SCG/DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, www.scg.ch/kurse

SEPTEMBER 2019 02.09.

Light Scattering Techniques for Particle Characterization (AA-11 E) Ort: CH-Genève Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft/ Division analytische Wissenschaften SCG/DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, www.scg.ch/kurse

05.09.

Pharma Club Schweiz Ort: Swissôtel Zürich, Schulstrasse 44 CH-8050 Zürich Veranstalter: Schülke & Mayr GmbH Robert-Koch-Strasse 2, D-22851 Norderstedt +49 40 521 00 0 www.schuelke.com

09.09. – 12.09.

Basel Life Ort: CH-Basel Veranstalter: Congrex Switzerland Ltd. +41 61 686 77 77 basellife.secretariat@congrex.com, www.basellife.org

10.09.

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

10.09. – 11.09.

Swiss Medtech Expo 2019 Ort: CH-Luzern Veranstalter: Messe Luzern AG Horwerstrasse 87, CH-6005 Luzern +41 41 318 37 00 info@messeluzern.ch

19.09.

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Seminar zur Oberflächenspannung, Kontaktwinkelmessung und Schaumanalytik Ort: CH-Universität Basel Veranstalter: Krüss GmbH, Borsteler Chaussee 85 D-22453 Hamburg Frau Li Xi, +49 40 51 44 01 30 L.Xi@kruss.de, kruss-scientific.com/seminare

OKTOBER 2019 02.10.

Headspace Injektionstechniken: HS/SPME/ITEX Ort: CH-Schlieren Veranstalter: Brechbühler AG Steinwiesenstrasse 3, CH-8952 Schlieren +41 44 732 31 31 kurse@brechbuehler.ch, www.brechbuehler.ch

03.10.

Prinicipes de la titration potentiométrique Ort: CH-Zofingen Veranstalter: Metrohm Schweiz AG Industriestrasse 13, CH-4800 Zofingen +41 62 745 28 28 info@metrohm.ch, www.metrohm.ch

03.10.

Spurenelemente in der Umwelt – Aktuelle Themen aus Forschung und Praxis Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Eawag, Geschäftsstelle Peak Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf Isabelle Schläppi, +41 58 765 56 25 peak@eawag.ch, www.peak.eawag.ch

08.10.

Qualitätsmanagement im Labor – Die ISO 17025 effizient umsetzen (QS-6) Ort: CH-Dübendorf Veranstalter: Schweizerische Chemische Gesellschaft/ Division analytische Wissenschaften SCG/DAS Überlandstrasse 133, CH-8600 Dübendorf +41 58 765 52 00 infodas@eawag.ch, www.scg.ch/kurse

08.10. – 10.10.

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

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Drucktransmitter über der Erde

Einsatz in der Luft- und Raumfahrt

Der Airbus A380 ist das grösste zivile Serienflugzeug der Welt. Der zweistöckige Koloss bietet Platz für insgesamt 853 Passagiere. Es hat eine Reichweite von 15 200 Kilometern und fliegt mit einer Geschwindigkeit von etwa 900 km/h. Für die richtige Temperatur sorgen zwei kompakte Klimaanlagen. Laufen die Systeme auf voller Leistung, wird die Kabinenluft ungefähr alle drei Minuten komplett ersetzt. Anders als gängige Verkehrsflugzeuge hat der A380 nur noch zwei Hydraulikkreisläufe. Der dritte Hydraulikkreislauf wurde durch lokale elektro-hydraulische Aktoren ersetzt. Das spart Gewicht, da Leitungen und Ventile entfallen. Die Kraftstofftanks sind Teil der tragenden Struktur. Sie befinden sich in den Tragflächen und dem Höhenleitwerk. Über gesteuertes Entleeren der Tanks kann bei letzterem der Schwerpunkt während des gesamten Flugs automatisch angepasst und die Belastung der Flugzeugstruktur so optimiert werden.

Forschung im All In rund 400 Kilometern Höhe fliegt die Internationale Raumstation (International Space Station = ISS) mit gut 28 800 Kilometern pro Stunde um die Erde. Die Station umrundet so die Erde in nur 90 Minuten. Mit an Bord ist das Columbus-Labor der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Für das Projekt ISS haben sich mehrere Raumfahrtorganisationen zusammengefunden: Die amerikanische Nasa, die russische Roskosmos, die europäische ESA, die kanadische CSA und Japans Jaxa. Astronauten bewohnten die ISS erstmals dauerhaft im November 2000. Zusammengebaut wurde die Raumstation modular und erreicht heute mittlerweile 34

Bild: Shutterstock

In der globalisierten Welt von heute ist Fliegen eine Selbstverständlichkeit. Wir können uns blind auf die Crew und die gesamte Technik verlassen. Die Klimaanlage arbeitet einwandfrei und der Kabinendruck wird wie von Geisterhand reguliert – dank präzis funktionierenden Drucksensoren. Solche Sensoren fertigt das Schweizer Unternehmen Keller AG an. Ihre Technologien werden zudem in der Raumfahrttechnik angewandt und regulieren dort die Sauerstoffversorgung der Astronauten.

Die Internationale Raumstation ISS über der Erde.

110 × 100 × 30 Meter bei rund 450 Tonnen Gewicht. Trägerraketen und Raumfähren brachten die einzelnen Modul-Baugruppen in die Umlaufbahn, wo sie zusammengesetzt werden konnten.

Sauerstoff für die Astronauten Anforderungen, die in der Luftfahrt gelten, gelten in noch strengerem Masse für die Raumfahrt. Notlandungen gibt es hier nicht und Ersatz besorgen geht auch nicht so leicht wie bei Flugzeugen. Vor einigen Jahren wurde Keller von einem führenden deutschen Luft- und Raumfahrtunternehmen angesprochen. Man brauchte hoch zuverlässige Absolut- und Differenzdrucksensoren für das «Advanced Closed Loop

System» (ACLS), welches schliesslich in der ISS eingesetzt werden sollte. Das ACLS soll Kohlendioxid aus der Modul atmosphäre entfernen und letztlich atembaren Sauerstoff in einem geschlossenen Kreislauf erzeugen. Dieses System, mit 37 Sensoren von Keller, wurde im September 2018 mit einer Rakete zum Columbus-Labor auf der Raumstation ISS gebracht. Um atembaren Sauerstoff zu erzeugen, konzentriert ein Subsystem des ACLS CO2 aus der Kabinenluft. Ein sogenannter Sabatier-Reaktor sorgt dafür, dass Wasserstoff und Kohlendioxid mit einem Katalysator reagieren und Wasser sowie Methan bilden. Das kondensierte Wasser wird vom Gasstrom getrennt und zurück ins Wassermanagement geleitet. Ein Elektrolyseur 7–8/2019

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Neben anderen wichtigen Funktionen stellen die Drucksensoren auch die Sauerstoff-Notversorgung der Piloten sicher.

spaltet das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Das Methan wird entlüftet. In der Luft- wie auch in der Raumfahrt wird nicht die modernste Technik eingesetzt. Wichtiger ist bei beiden die höchste Zuverlässigkeit und das haben die eingesetzten Produkte bewiesen. Ausserdem sind Flugzeuge in der Regel 25 bis 30 Jahre oder darüber hinaus in Betrieb und die Ersatzteile müssen so lange lieferbar sein. Denn nach den minutiösen Wartungsvorschriften der Flugzeughersteller darf nicht einfach eine Komponente durch eine beliebig andere ersetzt werden, sondern nur durch genau dasselbe Bauteil desselben Lieferanten. Die Komponenten entwickelte Keller alle kundenspezifisch, damit sie die jeweilige Aufgabe optimal erledigen.

Besondere Technik Die Entwicklungen in der Luft- und Raumfahrt der letzten Jahrzehnte wären ohne eine zuverlässige Basistechnik nicht möglich gewesen. Somit hat Keller mit seinen hochgenauen, zuverlässigen Drucktransmittern seit 1974 auch seinen Anteil an dieser Entwicklung. Das Herz der eingesetzten Drucktransmitter in der Luft- und Raumfahrt ist ein piezoresistiver Silizium-Drucksensor. Der eigentliche Sensor besteht aus einer durch Druck verformbaren Silizium-Membran. Die Membran biegt sich entsprechend dem Druckunterschied, was zu mechanischen Spannungen führt. Um diese Spannungen messen zu können, sind in der Randzone der Membran 7–8/2019

Widerstände eindiffundiert. Die Widerstände reagieren aufgrund des piezoresistiven Effektes viel stärker auf die mechanischen Spannungen als herkömmliche Dehnmesstreifen. Die auf Siliziumchips basierte piezoresistive Technologie hat sich im Alltag bewährt und findet ihren Einsatz in immer extremeren Umgebungen. Der Schlüssel zum jeweiligen Einsatz liegt dabei weniger in der Technologie selbst als in der «Verpackung» des piezoresistiven Sensorchips. Anders als bei metallischen Membranen war der Silizium-Sensor nicht so medienresistent und konnte anfangs nur in trockener, sauberer Luft oder in nichtleitenden Medien eingesetzt werden. Aber aus der Silizium-Membran, einer intelligenten Kapselung und der entsprechenden Schaltung konnte man hochgenaue, zuverlässige Drucksensoren bauen. Dank ihrer hohen Genauigkeit und der grossen Zuverlässigkeit haben ölgefüllte, piezoresistive Drucksensoren heute eine führende Rolle in der Druckmessetechnik erobert und bieten mit dieser Technik das Herzstück für die Drucktransmitter der Luft- und Raumfahrt.

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Digitale Sensoren und ein guter Service

Laboralltag – wenig Platz und kaum Geld Wie in den meisten Bereichen auch, so sind in der Forschung und Entwicklung sowie in Laboren Zeit und Geld knapp. Hinzu kommen in Laboreinrichtungen oftmals enge Platzverhältnisse, die bestmöglich ausgenutzt werden sollten. Frank Wolpers, Sales Director Process Analytics bei der Hamilton Bonaduz AG, erklärt auf welche Herausforderungen er und sein Team im Alltag treffen, welche Anforderungen die Anwender an Prozesssensoren stellen und wie die optimale Lösung aussehen kann. Ein Interview.

E. Dilba: Herr Wolpers, erfahrungsgemäss ist der Platz auf der Kopfplatte der Fermenter und auf den Labortischen begrenzt. Teilen Sie diese Erfahrungen? F. Wolpers: Ja, das kann ich nur bestäti gen. Oftmals gibt es eine Vielzahl an Ar beitsplätzen und Untersuchungsgegen ständen, wodurch der Platz rar ist und kompakte Lösungen gefragt sind. Obwohl es sich nicht um Reinraumumgebungen handelt, sind die hygienischen Anforde rungen dennoch hoch. Aus diesem Grund werden im Idealfall Lösungen eingesetzt, bei denen keine Fremdkörper auf den Ti schen stehen, die die Hygiene einschrän ken könnten. Wie sieht denn eine platzsparende, hygienische Lösung aus? F. Wolpers: Zur Messung typischer Prozess parameter, wie pH, Sauerstoff und Lebend zelldichte, sind Arc-Sensoren ratsam. Sie sind direkt mit einer zentralen Steuerung verbunden, was zusätzliche Steuereinheiten am Tisch sowie Messverstärker überflüssig macht. Dank der Verbindung der Sensoren mit der Steuerung, wahlweise 4–20 mA oder Modbus, kann der neu gewonnene Platz beispielsweise für weitere Versuch saufbauten genutzt werden. Könnten Sie das Prinzip der Sensoren bitte genauer erklären? F. Wolpers: Mit Arc-Sensoren können sehr einfach Messungen im Labor reali siert werden. Dafür erfolgt eine Offline-Ka librierung unter definierten Bedingungen im Labor, da der Mikrotransmitter im Sen 36

Bild: Shutterstock

Elena Dilba von der Jansen Communica tions in Siegen (D) führt das Interview mit Frank Wolpers.

In Laboren ist es meist sehr eng. Die Arbeitsfläche dient häufig als Ablage.

sorkopf die Kalibrierungsdaten speichert. Aufgrund eines optionalen Wireless Adap ters können die Messwerte und Sensorin formationen per Bluetooth auf ein mobiles Endgerät übertragen und dort grafisch dar gestellt werden. Die kabellose Kommuni kation über Bluetooth zwischen Sensor und PC stellt in vielen Anwendungen eine grosse Arbeitserleichterung dar. Da es möglich ist, Sensorkonfiguration und -kali brierung vor Ort anzupassen oder im Falle einer Störung die Ursache zu ermitteln und gegebenenfalls zu beheben. Die Da ten werden am Computer gespeichert, so dass sie nicht mehr schriftlich erfasst, ab gelesen und auf ein anderes Gerät über tragen werden müssen. Für unsere Kun den bringt das einen grossen Vorteil, denn in Gesprächen wurde uns mitunter gesagt, dass bei dem Einsatz analoger Sensoren Übertragungsfehler entstehen, aus denen falsche Handlungen abgeleitet worden

sind. Daneben soll natürlich ein hoher Do kumentationsaufwand vermieden werden. Ein weiterer Vorteil ist das direkte Erfassen der Messwerte, so dass zeitaufwendige Probenentnahmen entfallen. Welche Software setzen Sie für das Management der Sensoren ein? F. Wolpers: Kürzlich haben wir eine neue Version der Sensormanagement-Software ArcAir veröffentlicht, die eine noch besse re GMP-kompatible Überwachung und Dokumentation der Produktionsprozesse speziell in biopharmazeutischen Unterneh men ermöglicht. Wie eben schon erwähnt, sind weder At-Line-Kalibrierungen noch gedruckte Dokumentationen mehr erfor derlich. Stattdessen erfolgen die Überwa chung und Dokumentation der Sensoren komplett digital und sie können mit einem Smartphone, Tablet oder direkt an einem PCS oder am Computer gesteuert werden. 7–8/2019

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Bild: Hamilton

ting und einer zentralen Datenspeicherung werden alle Aktivitäten der verbundenen Geräte in einem Audit Trail aufgezeichnet. Das ermöglicht eine komplette Rückver folgbarkeit der Benutzeraktionen, wie sie internationale regulatorische Vorgaben for dern. Zudem können Administratoren Be nutzer in Benutzergruppen einteilen und mit unterschiedlichen Rechten versehen, wie zum Beispiel Techniker oder Qualitäts manager. Ein weiterer Pluspunkt ist die Vor-Ort-Validierung, die durch unseren Service ermöglicht wird. Die Überwachung und Dokumentation der Sensoren erfolgen digital und sie können mit einem Smartphone gesteuert werden.

Zusätzlich werden mit der Software Funk tionalitäten zur Einhaltung der Good Ma nufacturing Practice (GMP) geboten. Was ist darunter genau zu verstehen? F. Wolpers: Die Kalibrierungs- und Vali dierungsberichte können nun elektronisch unterschrieben werden, so dass ein digita ler und komplett papierloser Ablauf mög lich ist. Parallel zum automatischen Repor

Welchen Service bieten Sie vor, während und nach dem Erwerb der Sensoren an? F. Wolpers: Wir haben für jede Applika tion den richtigen Sensor, sodass genau die Werte erfasst werden, die den Prozess beeinflussen. Unser Portfolio reicht von analogen Signalen bis zu dem gerade vor gestellten modernen Arc-System. Für die Erstinbetriebnahme stellen wir hilfreiche Tools und Funktionen zur Verfügung. Soll te es währenddessen oder aber im Labor alltag zu Komplikationen kommen, sind wir über Skype oder TeamViewer erreich

bar. In vielen Ländern Europas und China bietet darüber hinaus unser Field Service Team auch beim Kunden vor Ort eine di rekte Unterstützung an. Für die Aufzeich nung der Daten und die regelmässige War tung wird die gleiche Benutzeroberfläche verwendet, so dass kein separates Pro gramm installiert werden muss. Während der Wartung entsteht nur eine geringe Downtime im Prozess, da diese im Labor durchgeführt werden kann. Insgesamt lässt sich sagen, dass dank des einfachen Mess aufbaus die Datenaufzeichnung erleichtert und eine Prozessoptimierung ermöglicht wird. Vielen Dank für das Gespräch!

Kontakt Hamilton Bonaduz AG Via Crusch 8 CH-7402 Bonaduz +41 58 610 10 10 contact.pa.ch@hamilton.ch www.hamiltoncompany.com

Digitalisierung vorantreiben. Vernetzung ermöglichen. Mobilität weiterentwickeln. Mobile Computing und Kommunikation Exploring Mobility – unser Ziel ist es, das Potenzial vernetzter Prozesse über mobile Endgeräte auch in rauer Umgebung voll auszuschöpfen, denn das erschließt unseren Kunden neue Anwendungen. Lernen Sie unser Mobile Worker-Konzept kennen und entdecken Sie, wie Sie mit innovativen Komplettlösungen Ihre Prozesse wesentlich effizienter und sicherer gestalten können. Erfahren Sie mehr unter www.pepperl-fuchs.com/ecom

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FORSCHUNGSWELT

Graphen ermöglicht Taktraten im Terahertzbereich

Nanoelektronik auf Graphenbasis

Heutige elektronische Komponenten auf Siliciumbasis arbeiten mit Taktraten im Gigahertz-Bereich (GHz), schalten also einige Milliarden Mal pro Sekunde. Derzeit bemüht sich die Elektronikindustrie, in den Terahertzbereich (THz) vorzudringen, also von etwa hundert- bis tausendmal schnelleren Taktraten. Als vielversprechendes Material und potenzieller Nachfolger von Silicium gilt Graphen, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt und mit allen existierenden Elektroniktechnologien kompatibel ist. Insbesondere wurde schon länger theoretisch vorhergesagt, dass Graphen ein sehr effizientes, «nichtlineares» elektronisches Material sein könnte, also ein Material, das ein angelegtes elektromag netisches Wechselfeld besonders effizient in Felder mit viel höherer Frequenz umwandeln kann. Alle experimentellen Bemühungen der letzten zehn Jahre, diesen Effekt in Graphen nachzuweisen, blieben jedoch erfolglos.

Messungen quantitativ beschreiben «Wir konnten nun erstmals den direkten Nachweis für die Frequenzvervielfachung vom Giga- in den Terahertzbereich in einer Graphenmonolage erbringen und elektronische Signale im Terahertzbereich erzeugen, und zwar mit bemerkenswerter Effizienz», erklärt Michael Gensch, dessen Arbeitsgruppe zur Ultrakurzzeitphysik forscht und die neue Terahertzstrahlungsquelle Telbe am HZDR betreibt. Und nicht nur das: Ihren Kooperationspartnern um 38

Bild: Juniks / HZDR

Graphen – ein hauchdünnes Material, das aus einer einzigen Lage verketteter Kohlenstoffatome besteht – gilt als vielversprechender Kandidat für die Nanoelektronik der Zukunft. Theoretisch sollte es bis zu tausendmal schnellere Taktraten erlauben als die heutige Elektronik auf Siliciumbasis. Dass Graphen tatsächlich elektronische Signale mit Frequenzen im Gigahertzbereich – was den heutigen Taktraten entspricht – extrem effizient in Signale mit einer vielfach höheren Frequenz umwandeln kann, haben Wissenschaftler vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und von der Universität Duisburg-Essen (UDE) in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) nun erstmals gezeigt.

Graphen wandelt Signale mit Frequenzen im Gigahertzbereich extrem effizient in Signale mit einer vielfach höheren Frequenz um.

Dmitry Turchinovich, Experimentalphysiker an der Universität Duisburg-Essen (UDE), ist es gelungen, die Messungen mit Hilfe eines einfachen, auf physikalischen Grundprinzipien der Thermodynamik beruhenden Modells quantitativ gut zu beschreiben. Damit ebnen die Forscher den Weg für eine ultraschnelle Nanoelektronik auf Graphenbasis: «Wir konnten einen lange vorhergesagten Effekt in Graphen nicht nur erstmals experimentell demonstrieren, sondern gleichzeitig quantitativ gut verstehen», betont Dmitry Turchinovich. «Wir haben vor einigen Jahren begonnen, die grundlegenden physikalischen Mechanismen der elektronischen Nichtlinearität von Graphen mit Arbeiten in meinem Labor zu untersuchen. Für den tatsächlichen Nachweis und die Quantifizierung der Fre-

quenzvervielfachung reichten unsere Laborlichtquellen aber nicht aus. Dafür brauchten wir experimentelle Möglichkeiten, wie sie derzeit nur an der Telbe-Anlage zur Verfügung stehen.» Gelungen ist der lang ersehnte experimentelle Nachweis mit Hilfe eines Tricks: Die Forscher verwendeten Graphen, das durch seine besondere Herstellung – genau eine Lage an Kohlenstoffatomen ist auf einem speziellen Substrat aufgebracht – und die Interaktion mit dem Substrat sowie der Umgebungsluft zahlreiche freie Elektronen enthält. Werden diese beweglichen Elektronen durch ein Wechselfeld angeregt, so teilen sie ihre Energie sehr schnell mit den anderen Elektronen im Graphen, die quasi wie eine erhitzte Flüssigkeit reagieren: Aus einer elektronischen «Flüssigkeit» wird, bild7–8/2019

Bild: Shutterstock

FORSCHUNGSWELT

Die Miene eines handelsüblichen Bleistifts enthält unter anderem Graphit, welcher wiederum aus unzähligen Graphenschichten besteht.

lich gesprochen, ein elektronischer «Dampf» im Graphen. Der Wechsel zwischen der «flüssigen» und «Dampf»-Phase geschieht innerhalb von Billionstel-Sekunden und verursacht besonders schnelle und starke Änderungen der Leitfähigkeit. Dies ist der grundlegende Baustein für die effiziente Multiplikation der Frequenz.

Hundertfach höhere Pulsrate erlaubt Untersuchung Die Wissenschaftler verwendeten elektromagnetische Pulse aus der Telbe-Anlage mit Frequenzen zwischen 300 und 680 Gigahertz und wandelten sie im Graphen in Pulse mit der drei-, fünf- und siebenfachen Frequenz um, also in den Terahertzfrequenzbereich. «Die nichtlinearen Koeffizienten, welche die Effizienz der Erzeugung dieser dritten, fünften und siebten harmonischen Frequenz beschreiben, waren dabei aussergewöhnlich hoch», erklärt Turchinovich. «Graphen ist damit womöglich das elektronische Material mit der höchsten Nichtlinearität, das bisher bekannt ist. Die gute Übereinstimmung der gemessenen Werte mit unserem thermodynamischen Modell lässt hoffen, dass wir damit auch die Eigenschaften von nanoelektronischen Bauelementen aus Graphen gut vorhersagen können.» Mischa Bonn, Direktor am MPI-P, der auch an dieser Arbeit beteiligt war, betont: «Unsere Entdeckung ist bahnbrechend. Wir haben demonstriert, dass Elektronik auf Kohlenstoffbasis mit ultraschnellen Raten enorm effizient operieren kann. Auch sind ultraschnelle Hybridbauelemente aus Graphen und traditionellen Halbleitern denkbar.» 7–8/2019

Durchgeführt wurde das Experiment an der neuartigen, auf einem supraleitenden Beschleuniger basierenden Terahertz-Strahlungsquelle Telbe im Elbe-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen des HZDR. Deren hundertfach höhere Pulsrate – im Vergleich zu laserbasierten Terahertz-Quellen – machte die zur Untersuchung von Graphen erforderliche Messgenauigkeit überhaupt erst möglich. Ein im Rahmen des EU-Projekts Eucall entwickeltes Datenverarbeitungsverfahren erlaubt es den Forschern dabei, die Messdaten für jeden einzelnen der 100 000 Lichtpulse pro Sekunde zu verwerten. «Bei uns gibt es keine schlechten Daten», so Gensch. «Da wir puls aufgelöst messen können, gewinnen wir Grössenordnungen an Messgenauigkeit. Messtechnisch bewegen wir uns damit an der Grenze dessen, was derzeit machbar ist.»

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

Originalpublikation H.A. Hafez, S. Kovalev, et al., «Extremely efficient terahertz high harmonics generation in graphene by hot Dirac fermions», Nature (2018); DOI: 10.1038/s41586018-0508-1

Kontakte Prof. Dr. Dmitry Turchinovich Max-Planck-Institut für Polymerforschung Hofgartenstrasse 8 D-80539 Munich +49 6131 379 522 turchino@mpip-mainz.mpg.de www.mpg.de

Differential Scanning Calorimetry (DSC)

Accelerating Rate Calorimetry (ARC)

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

UMWELT

Abwasserkosten im Griff

Gezielt optimieren statt viel investieren Die Kapazität der Abwasservorbehandlung steigern, ohne die Anlage physisch zu vergrössern – was illusorisch klingt, ist tatsächlich möglich: Der Schlüssel zu einer effizienten und sicheren Abwasseraufbereitung heisst «Information».

Stephan Vogel¹

Bilder: Endress+Hauser AG

Die chemische Produktion und die Behandlung von belasteten Abwässern sind verfahrenstechnische Prozesse mit unterschiedlichen Anforderungen und Rahmenbedingungen – und doch gehören beide Themen unter ein und dasselbe Dach. Wo chemische Produkte hergestellt werden, fallen auch Abwässer an. Schwach belastete Abwässer können ohne weitere Aufbereitung direkt in die Kanalisation eingeleitet werden. Saure und basische Abwässer hingegen müssen neutralisiert, hochbelastete Abwässer sogar oft teuer entsorgt werden.

Im Fokus der Behörden Auch wenn die Notwendigkeit der Abwasservorbehandlung durch die Betriebe nicht in Frage gestellt wird, ist es letztlich doch eine lästige Pflicht – die Kernkompetenz liegt in der Herstellung eines hochwertigen Produktes zum Verkauf an die Konsumenten. Verständlich fristet die Abwasservorbehandlungsanlage (AVA) ein Schattendasein im Keller. Das Abwasser rutscht in der Prioritätenliste häufig erst dann nach oben, wenn die kantonalen Behörden wiederholt Verletzungen der Einleitbedingungen feststellen – typischerweise aufgrund von kurzfristigen Überlastungen der Anlage.

Heisst «mehr» immer auch «grösser»? Ein Ausbau der Anlage mit zusätzlichem Beckenvolumen scheint unumgänglich. Unter Umständen muss wegen einer erwarteten Produktionssteigerung in der Zu-

¹ Endress+Hauser (Schweiz) AG

Genaue Daten bilden eine wichtige Grundlage für die Planung einer neuen AVA; der sichere und sparsame Betrieb basiert auf genauen Messwerten in Echtzeit.

kunft Raum für einen weiteren Ausbau der Anlage eingeplant werden. Die Investitionen bewegen sich schnell im höheren sechsstelligen Bereich und können rasant weiter ansteigen, wenn wegen des Platzbedarfes zusätzliche Gebäude errichtet werden müssen. Trotz hoher Investitionen stellt kaum jemand die Frage: Geht eine Erhöhung der Aufbereitungskapazität zwingend mit einer physischen Vergrösserung der Anlage einher?

eine höhere Reinigungsleistung bei kleinerem Platzbedarf möglich; und dies alles bei geringeren Betriebskosten und tieferem Energieverbrauch. Das ist nicht gratis, die allgemein anerkannte Währung für gezielte Investitionen heisst «Information».

Effizienter, kleiner, günstiger Der technologische Fortschritt macht sich auch in der Abwasservorbehandlung bemerkbar: Digitalisierung und dynamische Regelkonzepte haben auch in der Umwelttechnik Einzug gehalten. Moderne Anlagen weisen darum eine bessere Effizienz gegenüber veralteten Konzepten auf: Es ist

Dank intelligentem Zusammenspiel von Online-Messtechnik und Automatisierung können moderne Neutralisationsanlagen mit wenig Personal kostengünstig und platzsparend betrieben werden.

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UMWELT

Christoph Kolumbus und das Abwasser Schon der Entdecker Christoph Kolumbus wusste: Zuverlässige Informationen sind unbedingt nötig für das Gelingen eines Unternehmens. Es lohnt sich schon bei Betrieben mittlerer Grösse, den aktuellen Zustand in einem Vorprojekt genau zu analysieren, bevor viel Geld in Beton investiert wird. Häufig offenbaren sich auslegungsrelevante Belastungsspitzen erst durch eine Analyse der bestehenden Daten und einer gezielten Messkampagne: Das Abwasser fällt schliesslich nicht in gleichmässiger Menge und in gleichbleibender Zusammensetzung über 24 Stunden an.

Entlastung der Anlage und des Geldbeutels Ein grosser Teil des Abwassers ist meist nur schwach belastet und kann ohne Behandlung direkt in die Kanalisation eingeleitet werden. Da eröffnet sich mehrfaches Einsparpotential: Einerseits können die Investitionskosten tief gehalten werden, da Beckenvolumen eingespart wird – andererseits fallen Betriebskosten und Energieverbrauch tiefer aus, da die Aufbereitungsanlage nicht unnötig belastet wird. Für die hydraulische Auslegung und die Steuerung der Anlage ist es entscheidend, wie viel schwach belastetes Abwasser anfällt und woher es kommt. So kann mit einer zusätzlichen Messstelle zur Triage viel Beckenvolumen eingespart werden.

Geruchsbelästigung wegen Fehlplanung Entgegen der Erwartungen muss eine Erhöhung der Aufbereitungskapazität also nicht zwingend mit einer physischen Vergrösserung der Anlage erreicht werden. Weiteres Optimierungspotential liegt bei der Neutralisierung der basischen und sauren Abwässer. Neutralisationsanlagen älterer Bauart sind gemeinhin für den Batchbetrieb ausgelegt, die Durchmischung erfolgt über Pumpen. Aufgrund grosser Beckenvolumina steigt die Aufenthaltsdauer bei schwacher Auslastung stark an, einsetzende Gärprozesse können dann zu beträchtlichen Geruchsemissionen führen. 7–8/2019

Gerührt statt geschüttelt Eine Kombination von Batch- und Durchlaufverfahren in Zusammenhang mit einer dynamischen Regelung ermöglicht die sichere und effiziente Nutzung eines kleinen Volumens: Die sauren und basischen Abwässer aus den Reinigungsprozessen werden getrennt in Puffertanks gesammelt und gezielt der Durchlaufneutralisation zugeführt. Dort sorgt ein Rührwerk für eine rasche Umwälzung und schnelle Reaktion des belasteten Abwassers mit den Chemikalien.

Schneller mit weniger Energieverbrauch Eine schnelle Durchmischung im Zusammenspiel mit einer genauen pH-Messung ermöglicht die exakte Dosierung an Betriebsmitteln: Es wird nur so viel Säure oder Lauge zugeführt wie notwendig – ein «Überschiessen» wird verhindert. Der Verzicht von Pumpen für die Durchmischung schlägt sich positiv auf den Energieverbrauch nieder. Der Betrieb der Anlage wird so, dank Energieeinsparungen und geringerem Chemikalienverbrauch, günstiger. Für die hydraulische Auslegung der Becken, die Auslegung der Rührwerke und die Steuerung der Neutralisationsanlage ist es entscheidend zu wissen, wie gross die Belastungsspitzen von saurem und basischem Abwasser sind und in welcher zeitlichen Abfolge diese anfallen.

Entsorgungskosten zulasten des Gewinns Je nach Grösse des Produktionsbetriebes und der Auslastung der kommunalen Kläranlage ist die Einleitung von belasteten Abwässern durch die Behörden auf ein bestimmtes Zeitfenster beschränkt, oder wird dem Produktionsbetrieb zusätzlich in Rechnung gestellt. Wird belastetes Abwasser zurückgehalten und in Absprache mit den Behörden gezielt eingeleitet oder separat entsorgt, ist dies mit hohen Investitions- und Betriebskosten verbunden. Diese Kosten gehen direkt zulasten des Unternehmensgewinnes. Das Volumen und die Kosten können dann klein gehalten werden, wenn nur hochkonzentrierte Abwässer zurückgehalten werden – zur gezielten Triage wird hier

eine Online-Messung benötigt. Anhand eines Vorprojektes lässt sich entscheiden, ob sich eine Online-Überwachung lohnt und wo die Messstelle angebracht werden soll. Ein erwünschter Nebeneffekt der Messung ist, dass sich damit auch ungewollte Produktverluste detektieren lassen. So lässt sich durch die Überwachung des Abwassers der Reinigungs- und Spülprozess optimieren.

Mehr Sicherheit dank Digitalisierung Genaue Daten bilden eine wichtige Grundlage für die Planung einer neuen AVA; der sichere und sparsame Betrieb basiert auf genauen Messwerten in Echtzeit. Hochentwickelte Messsysteme verfügen über vielfältige Selbstdiagnosefunktionen. Führte beispielsweise ein Kabeldefekt bei analogen pH-Messungen zu einem fehlerhaften Messwert um pH 7 (entsprechend dem Rohsignal von 0 mV), erkennt das digitale System von Endress+Hauser (Memosens) den Defekt und gibt eine Fehlermeldung aus. Probleme werden sofort erkannt, eine Verletzung der Einleitbedingungen kann so ausgeschlossen werden.

Effizienz dank Echtzeitinformation Online-Analytik ist auch heute noch auf eine regelmässige Wartung angewiesen. Dank vereinfachter Funktionen und unterstützenden Apps auf dem Smartphone ist die Betreuung der Messstellen heute einfacher. Genaue und robuste Messgeräte helfen bei der Auslegung der Anlage und ermöglichen einen zuverlässigen Betrieb der Abwasservorbehandlung. Die gewonnenen Daten können zusätzlich für Optimierungen in vorgeschalteten Prozessen wie der Reinigung der Produktionsanlagen verwendet werden.

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

VERFAHRENSTECHNIK

Keep cool

Magnetischen Kühlkreislauf entwickelt

Am Hochfeld-Magnetlabor Dresden des HZDR loten Wissenschaftler Potenzial und Grenzen magnetisierbarer Materialien aus.

und Bor enthalten sie das Seltenerdmetall Neodym. Damit lassen sich Magnetfelder bis zu einer Flussdichte von 2 Tesla erzeugen – 40 000-mal so stark wie das Magnetfeld der Erde. «Unsere Legierung kühlt sich unter solchen Bedingungen um mehrere Grad ab», schildert Gottschall, «bei Messungen im HLD haben wir festgestellt, dass bereits eine Millisekunde im Magnetfeld für eine dauerhafte Umwandlung ausreicht.»

Bild: Katrin Binner

Metalle können beim Erwärmen oder Abkühlen ihre magnetischen Eigenschaften verändern. «Eisen etwa ist nur unterhalb von 768 Grad Celsius ferromagnetisch, bei Nickel liegt die Umwandlungstemperatur bei 360 Grad Celsius», schildert Oliver Gutfleisch, Professor für Funktionale Materialien an der TU Darmstadt. «Umgekehrt werden manche Legierungen ferromagnetisch, wenn man sie erwärmt. Mit diesem Phasenübergang verbunden ist der so genannte magnetokalorische Effekt: Bringt man diese sogenannten Formgedächtnis-Legierungen knapp unterhalb ihrer Umwandlungstemperatur in ein äusseres Magnetfeld, springen sie spontan in ihre magnetische Ordnung und kühlen sich gleichzeitig ab», beschreibt Gutfleisch. «Je stärker das Magnetfeld, desto stärker die Abkühlung.» Tino Gottschall und seine Kollegen untersuchten verschiedene Formgedächtnis-Legierungen und ihre Eigenschaften bis ins Detail: «Bei der Magnetisierung können sich auch andere Eigenschaften verändern, zum Beispiel die Dichte – weshalb manche Legierungen ihr Volumen vergrössern.» Die Physiker fanden heraus, dass ein von aus sen ausgeübter Druck tatsächlich den Magnetisierungsprozess rückgängig machen kann. Dabei erwärmt sich die Legierung. Der experimentelle Nachweis gelang den Wissenschaftlern schliesslich gemeinsam mit Professor Antoni Planes und Professor Lluís Mañosa von der Universität Barcelona. «Wir benutzten für unsere Versuche eine Legierung aus Nickel, Mangan und Indium, weil sich damit die Umwandlung bei Raumtemperatur auslösen lässt», so Gottschall. Das Magnetfeld erzeugten die Wissenschaftler mit den stärksten bislang bekannten Dauermagneten – neben Eisen

Bild: André Wirsig

Klimawandel, Bevölkerungswachstum und steigende Lebensansprüche führen dazu, dass der Energiebedarf für Kühlprozesse weltweit deutlich schneller wächst als jener fürs Heizen – gleichzeitig können Kühlmittel Umwelt- und Gesundheitsschäden verursachen. Abhilfe könnte eine neuartige Technologie bringen: Kühlung durch magnetische Materialien in Magnetfeldern. Forscher der Technischen Universität Darmstadt und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) entwickelten die Idee für einen Kühlkreislauf, der auf dem «magnetischen Gedächtnis» spezieller Legierungen beruht.

Prof. Dr. Oliver Gutfleisch, TU Darmstadt.

Kleiner Druck – grosse Wirkung Im nächsten Schritt des sechsstufigen Zyklus entfernten die Forscher den Kühlkörper aus dem Magnetfeld, dabei behält dieser seine Magnetisierung. In Schritt drei kommt er in Kontakt zum Kühlgut und nimmt dessen Wärme auf. Selbst wenn der Kühlkörper dabei wieder die Ausgangstemperatur erreicht, bleibt er magnetisch. Abhilfe schafft mechanischer Druck: In Schritt vier presst eine Walze den Kühlkörper zusammen. Unter Druck wechselt er in seine

dichtere, nicht-magnetische Form; dabei erwärmt er sich. Wird in Schritt fünf der Druck weggenommen, behält das Material seinen Zustand bei und bleibt entmagnetisiert. Im letzten Schritt gibt die Legierung Wärme an die Umgebung ab, bis sie wieder ihre Ausgangstemperatur erreicht hat und der Kühlzyklus erneut beginnen kann.

Teure Rohstoffe «Noch vor wenigen Jahren galten Legierungen mit magnetischem Gedächtnis als 7–8/2019

VERFAHRENSTECHNIK

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lendioxid. Für die meisten laufen die Produktionsgenehmigungen in Europa demnächst aus. Propan oder Butan kühlen zwar gut, bilden aber mit Luft hochexplosive Gemische. Ammoniak wiederum ist giftig und korrosiv. Und Kohlendioxid kühlt nicht besonders effizient.»

Bild: Alexey Karpenkov

unbrauchbar, weil sie sich im Magnetfeld nur einmal abkühlen lassen», beschreibt Gutfleisch. «Daher orientierten sich die Forschungen weltweit auf Materialien ohne Erinnerungseffekt. Kühlschränke, die nach diesem Wirkprinzip produziert werden, haben allerdings ihren Preis.» Grösster Posten bei den Herstellungskosten sind die nötigen Dauermagnete: «Bei reversi bler Magnetisierung bleibt der Kühleffekt nur so lange erhalten, wie der Kühlkörper dem Magnetfeld ausgesetzt ist. Selbst im günstigsten Fall muss dafür die Hälfte des Kühlmittels zwischen Magneten platziert sein. Das heisst: Man braucht viermal so viel Dauermagnet wie Kühlmedium.» Neodymmagnete sind die wirksamsten, aber auch teuersten auf dem Markt. Obendrein gilt das in beträchtlichem Umfang benötigte Seltenerdmetall als kritischer Rohstoff: Die grössten bekannten Vorkommen liegen in China, und der Abbau geht mit vielfältigen Umweltbelastungen einher. Elektromagnete kommen für die magnetische Kühlung nicht infrage: Aus physikalischen Gründen wäre der Wirkungsgrad geringer als bei der Dampfkompression, die milliardenfach in Kühlschränken und Klimaanlagen genutzt wird. Die Forscher sind jedoch überzeugt, dass diese Kühltechnik keine Zukunft mehr hat: «Es gibt einfach keine geeigneten Kühlflüssigkeiten», sagt Gottschall: «Die heute gebräuchlichen Mittel sind als Wärmeträger hochwirksam, aber tausendfach treibhaus-wirksamer als Koh-

Mit Seltenen Erden sparen Die Zukunft, ist auch Oliver Gutfleisch überzeugt, liegt in festen Kühlmitteln. «Wir konnten zeigen, dass sich Gedächtnislegierungen sehr gut für Kühlkreisläufe eignen», fasst der Experte für funktionale Materialien zusammen: «Wir benötigen deutlich weniger Neodymmagnete, können dennoch stärkere Felder und einen entsprechend grösseren Kühleffekt erzeugen.» Bis 2022 will er an der TU Darmstadt einen Demonstrator aufbauen, mit dessen Hilfe sich die tatsächliche Kühlleistung unter Praxisbedingungen sowie die Energieeffizienz des Verfahrens abschätzen lassen. Dafür erhielt er vom Europäischen Forschungsrat einen ERC Advanced Grant, der mit insgesamt 2,5 Millionen Euro über fünf Jahre verbunden ist. Die Kooperation zwischen der TU Darm stadt und dem HZDR könnte helfen, das Prinzip massentauglich zu machen: «Wir haben inzwischen Legierungen gefunden, die alle gewünschten Eigenschaften samt einem grossen magnetokalorischen Effekt in sich vereinen und dabei komplett ohne Seltene Erden und andere kritische Roh-

Schema eines sechsstufigen Kühlzyklus für magnetische Formgedächtnislegierungen, den Forscher der TU Darmstadt und des HZDR entwickelt haben.

stoffe auskommen», schildert Tino Gottschall, der am HLD die physikalischen Grenzen dieser Materialien ausloten will. Originalpublikation T. Gottschall et al., «A multicaloric cooling cycle that exploits thermal hysteresis», Nature Materials (2018); DOI: 10.1038/ s41563-018-0166-6 Kontakt Prof. Oliver Gutfleisch Materialwissenschaft FG Funktionale Materialien Technische Universität Darmstadt Karolinenplatz 5 D-64289 Darmstadt +49 6151 162 2140 gutfleisch@fm.tu-darmstadt.de www.fm.tu-darmstadt.de

Bild: Adobe Stock

VERFAHRENSTECHNIK

Big Data Analytics in der Verfahrenstechnik

Die Ampel steht auf Grün Für alle Herstellungsprozesse sind optimale Parametereinstellungen unentbehrlich. Wird aber das Optimum verfehlt, sind die Ursachen oft erst spät bekannt oder erscheinen widersprüchlich. Eine neue Methode sagt die Qualität und Ausbeute eines Produkts bereits während des Prozesses voraus, sodass bei Bedarf korrigierend eingegriffen werden kann. Dieses neue Verfahren nennt sich Big Data Analytics und stellt in der heutigen Zeit keine Vision mehr dar.

In den vergangenen Jahren haben Indus trieunternehmen immer grössere Daten mengen gesammelt. Dazu gehören Prozessdaten sowie Maschinen- und Qua litätsdaten. Zeitgleich sind die erforderli chen Analysetools schneller und handli cher geworden. Diese neue Entwicklung benötigt Systeme, die die Fülle an Infor mationen wirksam nutzen. Big Data Ana lytics ist hierfür eine geeignete Methode. Ein Programm analysiert und optimieret Prozesse mittels Algorithmen, indem es auf aktuelle und vergangene Daten Bezug nimmt. Wie funktioniert das konkret? Ein Big Data Tool speichert Datenbestände, zum Bei spiel Zeitreihen von Prozessdaten und zugehörigen Eigenschaftswerten wie Qua lität oder Ausbeute. In diesem Tool ver arbeiten sogenannte «machine learning ¹ VTU, Engineering Schweiz AG, Muttenz

Bild: V TU

Dr. Burghardt Schmidt ¹

Big Data Analytics optimieren den Prozess, helfen bei möglichen Störungen und sorgen für die Instandhaltung der Anlagen.

a lgorithms» die Angaben automatisch wei ter. Grundlegende Fragen können beant wortet werden: Welche Grössen die (Pro dukt-)Eigenschaften beeinflussen, wie sich Parameteränderungen auf die Ziel eigenschaft auswirken oder wie sich der Prozess optimieren lässt.

Fehlerquellen finden Nachfolgend werden die Möglichkeiten von Big Data Analytics anhand von zwei Projektbeispielen beschrieben. Bei einem Hersteller für Extrusionsfolien wird der sogenannte Oberflächenglanz 7–8/2019

9-12 SEPTEMBER 2019 wert als Qualitätsmerkmal online gemes sen. Nun weicht der Glanzwert von der Spezifikation ab: Das Gerät muss nachka libriert werden oder die Parametereinstel lungen genügen nicht mehr den aktuellen Verfahrensbedingungen. Diese müssen beispielsweise bei zunehmenden Equip mentverschleiss angepasst werden. Eine andere Ursache kann eine Änderung der Rohstoffqualität sein, die aufgrund eines Lieferantenwechsels hervorgerufen wur de. Konsequenz: Der Operator verändert die Einstellparameter oder kalibriert das Gerät neu. Dies kann allerdings je nach Erfahrung des Operators kontraproduktiv verlaufen. Das Problem kann folgender massen gelöst werden. Aus ehemaligen Prozess- und Qualitätsdaten wird ein Mo dell zur Datenanalyse (Data Analysis) erzeugt. In dieses fliessen periodisch die aktuellen Prozesswerte ein. Das Tool sagt dann den zu erwartenden Glanzwert über eine Ampelfunktion voraus. Steht die Ampel auf Grün, entspricht der On line-Messwert dem vorhergesagten Wert. Steht sie auf bei Gelb, weichen die bei den Werte tendenziell voneinander ab. In diesem Fall muss das Betriebspersonal vorerst keine Änderung an den Einstell parametern vornehmen. Zeigt die Ampel aber Rot, heisst das, dass Online-Mes sung und Vorhersage nicht mehr zuein anderpassen. Nun muss gehandelt wer den. Am besten wird der Vorarbeiter zu Rate gezogen. Die Einführung dieser Lö sung reduzierte die Fehleinschätzungen und daraus resultierende Konsequenzen um mehr als 80 %. Bei einem Abfüllprozess hochwertiger Pro dukte traten unterschiedliche Arten von Fehlern wie Deckelwölbung, Verklebung und falsche Beschriftungsposition auf. Die Ursachen hierfür waren unbekannt oder erschienen widersprüchlich. Das System fasste unterschiedliche Informationen aus verschiedenen Datenquellen zusammen. Das heisst, es speicherte Prozessinforma tionen, Gutachten über den Anlagenzu stand und Angaben über Lieferanten und

das Schichtpersonal. Das Programm ana lysierte alle Daten mithilfe der Algorith men. Dabei wurden Muster und Gesetz mässigkeiten sichtbar. Die wesentlichen Ursachen für die Abweichungen konnten priorisiert identifiziert und durch einen Ver gleich mit der Vorhersage bestätigt wer den. Es stellte sich unter anderem heraus, dass sich gewisse Fehler bei einer beson deren Konstellation von Schichtarbeiten den mit bestimmten Produkten häuften. Durch entsprechende Trainingsmassnah men wurde die zugehörige Fehlerquelle und damit die daraus resultierenden Feh ler beseitigt.

Optimale Voraussetzungen Was ist bei einem Projekt mit Data Ana lytics zu beachten? Die Datenbasis muss ausreichend und konsistent sein (Daten integrität). Die Analyse wird klein und übersichtlich über ein Pilotprojekt gestar tet, zum Beispiel an einer einzigen Pro zessstufe. Das Projektteam des Anbieters sollte über Kompetenzen in der Pro zesstechnik, im Datenmanagement und in der Data Sciences verfügen. Data Ana lytics helfen auch bei der Optimierung von Eduktmengen im Herstellungsbetrieb. Die Menge kann in Bezug auf vorgegebe ne (Produkt-)Grenzwerte angepasst wer den. Zusätzlich unterstützen Data Ana lytics die Instandhaltung der Anlagen («predictive maintenance») und reduzie ren auf diese Weise Stillstandszeiten und Betriebskosten nachhaltig.

CONGRESS CENTER BASEL SWITZERLAND

#BASELLIFE19 #EMBOatBASELLIFE #MipTec #BC2basel #JobFair #InnovationForum basellife.org

9-12 SEPTEMBER

An international Life Sciences conference, bringing the best in fundamental research to a wide audience

10-11 SEPTEMBER

[BC]2 is one of the major bioinformatics and computational biology events in Europe. This year’s thematic focus is on “Big Data in Molecular Medicine”

10-12 SEPTEMBER

Business-oriented applied science forums covering a wider range of topics with focus on translating science to practice

10-12 SEPTEMBER

Industry exhibition with over 60 vendors showcasing state-of-the art technology and solutions

10 SEPTEMBER

Kontakt VTU Engineering Schweiz AG Tramstrasse 99 CH-4132 Muttenz +41 61 601 29 83 office.basel@vtu.com www.vtu.com

A showcase for Life Sciences companies during an innovative exhibition to win young and highly qualified scientists from Europe

SHOWCASING EUROPE’S EXCELLENCE IN LIFE SCIENCES

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

SEKTION FRICKTAL Erfolgreicher Lehrabschluss bei DSM Nutritional Products Die DSM Nutritional Products und die Sektion Fricktal des SCV gratulieren herzlich den erfolgreichen Absolventen der beruflichen Grundbildung zum Chemie- und Pharmatechnologen EFZ. Für die berufliche Zukunft wünschen wir viel Freude und Erfolg.

Die Glücklichen Absolventen: Dutly Julius (v.l.), Polat Bora, Urech Patrik, Zumkeller Marco, Grimm Stefan, Bodrozic Petar, Schmid Silas, Teutschmann Ivo, Schmid Raphael (Nicht auf dem Bild: Uthayakumar Nitharsan.)

SEKTION NORDWESTSCHWEIZ Bowling-Event 2019 — wo der Spass ins Rollen kommt!

Datum Freitag, 15. November 2019 Treffpunkt Restaurant Vicino Rössligasse 1 4132 Muttenz 46

Beginn 19 Uhr Teilnehmer Mitglieder des SCV aus allen Sektionen. Für Mitglieder ist die Teilnahme gratis. Ein Apéro und Imbiss wird von der Sek tion NWS offeriert, Getränke gehen zulasten der Teilnehmenden. Anmeldung bis zum 1. November 2019 an nagel.martin@bluewin.ch

«Alle Neune» wirst Du Dir denken, während Du versuchst, den Ball in die richtige Richtung zu lenken! Ob Dir das gelingt oder ob es danebengeht, man lacht immer, wenn man Spass versteht.

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Bild: adpic, IST

Nimmst Du am Kegelabend teil? Wir treffen uns am 15. November 2019 um 19 Uhr im Bowling Restaurant Vicino in Muttenz. Hoffentlich bist Du mit von der Partie!

VERBANDSSEITE

SEKTION OBERWALLIS CPT Lehrabgänger 2019 Lonza Visp Seit Samstag, 15. Juni, 2019 können die Chemie- und Pharmatechnologenlernenden des 3. Lehrjahres der Lonza Visp und der DSM in Lalden wieder aufatmen. Die theoretischen sowie die praktischen Qualifikationsverfahren wurden zu diesem Zeitpunkt abgeschlossen.

Bei den praktischen Abschlussarbeiten dauerten die einzelnen Verfahren jeweils 4,5 Tage. Aufgaben waren die Herstellung einer bestimmten Menge eines Stoffes inklusive aller benötigten Analysen, sowie Berechnungen und Laborarbeiten.

In diesem Jahr konnten 13 Kandidaten das Qualifikationsverfahren für Chemie- und Pharmatechnologen erfolgreich abschliessen. Die Lernenden können ihr Fähigkeitszeugnis am 24. August 2019 als Chemie- und Pharmatechnologen EFZ in der Sim-

plonhalle in Brig in Empfang nehmen. Die Mitglieder sowie der Vorstand der Chemie- und Pharmatechnologen Vereinigung Sektion Oberwallis gratulieren allen Lehrabgängern zum bestandenen Qualifikationsverfahren. Fredy Salzmann

Erwachsene

Abgottspon Silvio

Greber Florian

Hutter Sandro

Studer Gaston

Kronig Kevin

Zurbriggen Fernando

Jugendliche

Andres Linus

Imwinkelried Andreas

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Heldner Rodrigo

Kurzen Nico

Hrgovcic Daniel

Salzmann Nico

Werlen Matteo

PRODUKTE

Hochwertige Schlauchleitungen aus PTFE

Die Firma Schudel AG mit Sitz in Reinach BL ist seit mehr als 50 Jahren ein erfahrenes und spezialisiertes Unternehmen für hochwertige Industriearmaturen und Schläuche

Das Erarbeiten von Lösungen, eine qualifizierte Beratung und die Unterstützung in der Planung Ihrer Projekte mit den ausgesuchten Artikeln aus unserem umfangreichen Lager, sind unsere Stärken.

Kombination Berstscheibe und Sicherheitsventil

Aufgrund von Gesetzesänderungen, auch hinsichtlich Umweltschutz, müssen Betreiber die Emissionen ihrer Anlagen reduzieren. Das betrifft auch die Druckentlastungseinrichtungen wie Sicherheitsventile. Mit einer hochwertigen Berstscheibe vor dem Sicherheitsventil, gefertigt aus einem entsprechenden Material, die den Austritt des Prozessmediums im Normalbetrieb verhindert, kann der Anlagenbetreiber Sicherheitsventile aus günstigerem Material verbauen und zugleich alle Dichtigkeitsanforderungen erfüllen. Mit erheblich verringerten Ausgaben für die Sicherheitsventile. Berstscheibe und zugehörige Halter verursachen wesentlich geringere Kosten als hochwertige, korrosionsbeständige Sicherheitsventile. Hinzu kommt eine Reduzierung der Wartungskosten. Es ergibt sich eine Win-Win-Situation mit mehr Betriebszeit (und geringeren Still-

standszeiten), weniger Emissionen, höherer Sicherheit, insgesamt geringeren Wartungskosten und reduzierten Ersatzteilinventar. Nach wie vor wird die Kombination von Berstscheibe und Sicherheitsventil von einigen Betreibern kritisch gesehen. Erinnern wir uns daran, dass ein Sicherheitsventil auch einen Auslass hat und woran dieser Auslass angeschlossen ist: In vielen Fällen ist der Auslass keine separate Abblaseleitung, sondern ein Sammelrohr durch das Prozessgase/Dampf in den Auslass des Ventils eindringen können, was zu Beeinträchtigungen des Sicherheitsventils führt. Dies lässt sich leicht durch eine nachgeschaltete Berstscheibe eliminieren, die jegliche Prozessgase daran hindert, von der Ausgangsseite in das Sicherheitsventil zu gelangen. Wenn vor und hinter den Berstscheiben Berstsignalisierungen installiert sind, lassen sich die Berstscheiben über das Prozessleitsystem fernüberwachen. Paliwoda AG Im Chapf 2 CH-8703 Erlenbach +41 44 910 50 05 info@paliwoda.ch www.paliwoda.ch

Evoflon steht für qualitativ hochwertige PTFE-Schläuche in gewellter Ausführung sowie auch als PTFE-Glattschlauch. Diese TeflonSchläuche sind bei uns ab Lager lieferbar in allen gängigen Nennweiten, in weisser- oder in antistatischer, schwarzer Ausführung. Unser Service beinhaltet die komplette Schlauchleitung. Nach Beratung zum geeigneten Schlauchtyp und den erforderlichen Armaturen, konfektionieren wir Ihnen den Schlauch umgehend fachgerecht nach den heute gültigen Normen inkl. Druck- und Leitfähigkeitsprüfung.

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Schudel AG Kägenhofweg 9 CH-4153 Reinach BL +41 61 715 95 20 info@schudelag.ch www.schudelag.ch Ilmac 2019 Halle 1.1, Stand C 201

Umwälzkühler mit CO2-Kältemittel

Mit dem neuen Unichiller 220 Tw CO 2 präsentiert Huber Kältemaschinenbau einen weiteren Meilenstein in der umweltverträglichen Kältetechnik. Der neue Umwälzkühler arbeitet mit CO 2 als Kältemittel. CO2 bzw. Kohlenstoffdioxid (auch bekannt als R744) ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und hat sich seit dem 19. Jahrhundert in der Kältetechnik bewährt. Das farblose, unter Druck verflüssigte Gas besitzt kein Ozonabbaupotenzial (ODP = 0) und hat mit einem GWP = 1 ein vernachlässigbares

Treibhauspotenzial. Gelangt beispielsweise 1 kg CO 2 durch eine Undichtigkeit im Kältekreis in die Atmosphäre, ist dies 3780-mal weniger schädlich als beim gebräuchlichen Kältemittel R404A. Zudem ist CO2 ein sogenanntes natürliches Kältemittel, welches in sehr gros sen Mengen in der Natur vorkommt, d.h. es muss nicht unter hohem energetischem Aufwand erzeugt werden. Darüber hinaus ist CO 2 nicht brennbar, ungiftig und chemisch inaktiv. Der neue Unichiller CO2 ist somit eine umweltverträgliche Alternative zu Kühlgeräten mit herkömmlichen synthetischen Kältemitteln. Er ist für Arbeitstemperaturen von –20 bis +100 °C ausgelegt und bietet eine Kälteleistung von 22 kW sowie eine Heizleistung von 12 kW. Die Umwälzpumpe erzielt eine Förderleistung von 200 l/min sowie 4,6 bar Druck. Der Kühler ist mit dem Touchscreen-Regler «Pilot One» ausgestattet und verfügt somit über zahlreiche Profifunktionen für anspruchsvolle Temperieraufgaben. Peter Huber Kältemaschinenbau AG Werner-von-Siemens-Strasse 1 D-77656 Offenburg +49 7819 60 30 info@huber-online.com www.huber-online.com

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PRODUKTE

Berghof Hoch& Nieder-DruckReaktoren Rheologie mit Raman-Spektroskopie kombiniert Vorteil dieses Aufbaus besteht darin, dass das MCR-Rheometer auch mit Raman-Spektrometern und Raman-Sonden anderer Hersteller kombiniert werden kann. Dank des umfassenden Fachwissens in beiden Bereichen kann Anton Paar massgeschneiderte Lösungen für individuelle Anwendungen und Anforderungen anbieten und unterstützen. Daneben können weitere optische Zubehörteile von Anton Paar mit dem Rheometer kombiniert werden, wie z. B Temperier einheiten zur Einstellung von Temperaturen im Bereich von –20 °C bis 300 °C . Rheometer können ab sofort mit Raman-Spektrometern kombiniert werden und somit Informationen über das makromolekulare Verhalten und verschiedenste strukturelle Parameter eines Materials liefern. Dies ist wichtig, um mehr Einsicht in die Veränderungen der chemischen Funktionalität und der Mikrostruktur verschiedener Mate-

rialien und ihre Einflüsse auf Verarbeitung und Anwendungen zu gewinnen. Anton Paar, der Hersteller der renommierten MCR-Rheometer-Serie, hat mit der Spektrometer-Serie Cora Raman kürzlich die Raman-Technologie in sein Portfolio aufgenommen. Nun werden diese zwei Methoden in einem Aufbau vereint. Ein besonderer

Ilmac 2019 Halle 1.1, Stand B 161

BR-Reaktoren tion aufgerufen werden. Damit lassen sich nahezu alle Fragestellungen ohne Betriebsanleitung schnell und bequem klären. Für alle gängigen Verfahren, wie z. B. Rotationsverdampfung, Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung oder Vakuumkonzentration, stehen vordefinierte Vakuumabläufe zur Auswahl. Der Nutzer kann sich auf seine Forschung konzentrieren und muss die einzelnen Schritte nicht kontinuierlich überwachen. Nutzerspezifische Vakuumabläufe können im Favoritenmenü gespeichert werden und stehen beim nächsten Mal sofort zur Verfügung. Das vereinfacht die Arbeit, spart Zeit und macht Prozesse reproduzierbar.

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Die Bedienung per Touchdisplay orientiert sich an modernen Smartphones und funktioniert selbst mit dicken Laborhandschuhen einwandfrei. Dank der intuitiven Menüführung finden sich Anwender ohne lange Einweisung schnell zurecht. Hinweise zu Anwendungen und Einstellungen können direkt über die integrierte Hilfefunk-

Mini-Reaktor

bis 25 ml oder bis 40 ml

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Vakuum wird bei vielen chemischen Verfahren benötigt, da empfindliches Probenmaterial nicht beliebig stark erhitzt werden kann. Damit die richtigen Vakuumeinstellungen möglichst schnell und einfach von der Hand gehen, hat Vacuubrand alle Pumpstände mit dem neuen Controller (Vacuu Select) ausgestattet.

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Hil-Trade GmbH Grubenstrasse 4 CH-8902 Urdorf Telefon 044 777 17 29 info@hiltrade.ch4 9 www.hiltrade.ch

PRODUKTE

Dosieren mit System

Die gleichbleibende Qualität von Chemie- und Pharmaprodukten wird unter anderem durch das e xakte Mischungsverhältnis der Ausgangsstoffe gewährleistet. Voraussetzung ist eine kontinuierliche, hochpräzise Dosierpumpe. Mikrozahnringpumpen von der HNP Mikrosysteme GmbH fördern einen stabilen und pulsationsarmen Volumenstrom mit einer maximalen Abweichung von 1 % im Mikroliter- bis Milliliterbereich. Kombiniert mit Filtern, Sensorik, Steuerung, Spülleitungen, Sicherheitsventilen und weiteren kun-

Digital pipettieren

denspezifischen Komponenten entsteht das massgeschneiderte Dosiersystem MoDoS. Das System ist für den schnellen Medienwechsel konzipiert und somit für die Herstellung verschiedener Produkte flexibel einsetzbar. Es eignet sich für Technikumsanlagen und die industrielle Forschung im Bereich Feinchemie und Pharmatechnologie. MoDoS kann unabhängig betrieben oder in bestehende Prozessleitsysteme integriert werden. Die Ansteuerung über eine grafische Bedienoberfläche ist ebenfalls möglich und erleichtert durch direkte Eingabe von Dosiermenge und Dosierdauer die Handhabung des Systems. HNP Mikrosysteme GmbH Bleicherufer 25 D-19053 Schwerin +49 385 52190 352 info@hnp-mikrosysteme.de www.hnp-mikrosysteme.de

Ein neues All-in-One-Set (Trackman Connect) mit Tablet, App und Zubehör unterstützt Laboranten und Forschende beim Pipettieren. So können sie Berichte über alle Pipettiervorgänge erstellen. Dieser Bericht kann dann in einem elek tronischen Labornotebook (ELN) gespeichert werden. Die vorinstallierte App, die den Nutzer durch die Pipettierprotokolle führt und dabei genau anzeigt, wo auf der Mikrotiterplatte als nächstes pipettiert werden muss, zeichnet alle Schritte in Echtzeit auf. Dabei werden ebenfalls Umgebungsparameter dokumentiert und man wird zum Beispiel daran erinnert, die Pipetten anzufeuchten – eine bewährte Methode für genauere und präzisere

Ergebnisse. Um die Rückverfolgbarkeit der in ihrem Experiment verwendeten Materialien zu gewährleisten, können Wissenschaftler nun Chargenseriennummern für Mikrotiterplatten, Pipettenspitzen oder andere Geräte in ihre Berichte einscannen oder eingeben. Benutzer können das Tablet auch verwenden, um Fotos von ihrer Mikroplatte, ihrer Lösung oder den Strichcodes auf ihren Pipettenspitzenboxen zu erstellen, um diese in das Protokoll zu integrieren. Schliesslich können die Experimente von Kollegen einfacher reproduziert werden, indem man die Pipettierprotokolle mit dem kostenlosen ELN von SciNote teilt. Gilson Schweiz AG Switzerland Untere Bahnhofstrasse 14 CH-8932 Mettmenstetten +41 44 768 56 00 info-ch@gilson.com www.gilson.com Ilmac 2019 Halle 1.1, Stand A 201

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