Schlagwort-Archive: Empa

Innovative Skijacke, die Schweiss aktiv entsorgt

Veröffentlicht am von
Antworten

Damit der Körper beim Wintersport angenehm warm und trocken bleibt, ist leistungsfähige Kleidung gefragt. Die Ansprüche an derartige Textilien sind dabei hoch, schwitzt doch ein Mensch beim Skifahren allein am Oberkörper bis zu einen Liter pro Stunde. Eine neue Technologie, an deren Entwicklung die Empa massgeblich beteiligt ist, hilft dem Sportler beim Schwitzen, indem sie Feuchtigkeit aktiv nach aussen transportiert. Möglich ist dies, weil hauchdünne Schichten aus Gold im Gewebe unter Strom stehen.

Der Mensch ist ein gleichwarmes Tier. Wird es ihm zu heiss, reguliert er die Körpertemperatur herunter. Möglich ist das durch eine evolutionär gereifte «Klimaanlage» in unserer Haut: die Schweissdrüsen. Doch die Evolution wusste noch nichts vom Wintersport, und so kommt unser Wärmehaushalt ins Schleudern, wenn wir uns beim Skifahren gegen eisige Kälte schützen wollen und gleichzeitig ungehindert schwitzen sollten. Eine Technologie, die an der Empa in St. Gallen in Zusammenarbeit mit der Thalwiler Firma Osmotex und weiteren Industriepartnern entwickelt wurde, soll nun Sportler warm und trocken halten – dank Textilien unter Strom.

Wichtiger Bestandteil der «HYDRO_BOT»-Technologie ist ein Prinzip, das es beispielsweise Pflanzen ermöglicht, Wasser aus dem Boden über ihre Wurzeln einzusaugen: die Osmose. Bei der neuartigen Sportkleidung wird dieses Prinzip durch das Anlegen einer Spannung von rund 1.5 Volt noch beschleunigt. Damit mittels Elektroosmose Flüssigkeit vom Inneren der Kleidung aktiv nach aussen transportiert wird, kommt eine lediglich 20 Mikrometer dünne Kunststoffmembran zum Einsatz, die mittels Plasmabeschichtung beidseitig von Edelmetall überzogen ist. Dazu wird knapp 0.2 Gramm Gold pro Skijacke eingesetzt, was Einfluss auf den Preis der Membran hat. Gold hat sich jedoch im Vergleich zu silberbeschichteten Elektroden als deutlich haltbarer erwiesen.


Prototyp der elektroosmotischen Skijacke an der internationalen Sportmesse ISPO in München. Bild: Osmotex

Die Funktion der Jacke
Wird eine elektrische Spannung an die Membran angelegt, wandern Salz-Ionen – und mit ihnen die sie umgebende Flüssigkeit – durch winzige Poren in der Membran auf die Aussenseite, von der sie sozusagen elektrisch angezogen werden. Dazu ist die Membran mit einer herkömmlichen Knopfzellbatterie ausgerüstet, die je nach Wetterlage und Körperaktivität eingeschaltet werden kann. «Auch ohne Strom gelangt Flüssigkeit durch die Membran. Sobald eine elektrische Spannung angelegt ist, steigert sich der Pumpeffekt jedoch deutlich», sagt Empa-Forscher Dirk Hegemann von der Abteilung «Advanced Fibers». Rund 10 Liter Flüssigkeit kann die Membran per Elektroosmose so pro Quadratmeter und Stunde abpumpen.

Für das fertige Produkt wurde die elektroosmotische Membran innerhalb verschiedener funktionaler Schichten in eine Skijacke integriert. «Dank unserer neuen physikalischen und numerischen Modelle konnten wir den textilen Aufbau der HYDRO_BOT-Technologie optimieren», erklärt Simon Annaheim von der Abteilung «Biomimetic Membranes and Textiles».

Dass dieses Wirkprinzip nicht nur physikalisch funktioniert, sondern auch den physiologischen Ansprüchen des menschlichen Körpers entspricht, zeigten Experimente in der Empa-Klimakammer. Hier simuliert die anatomisch geformte Schwitzpuppe SAM, wie sich der menschliche Körper bei sportlicher Betätigung verhält. SAM bewegt sich, heizt sich auf und stösst durch 125 Düsen genau definierte Mengen an Flüssigkeit aus. «SAM und die Daten, die er uns lieferte, ermöglichten es, den Tragekomfort und die Funktionalität von HYDRO_BOT-Kleidung objektiv zu analysieren», so Annaheim.

Die Weltpremiere auf der ISPO München 2018
Der Industriepartner Osmotex erwartet, dass Jacken mit HYDRO_BOT-Technologie zur Saison 2018/19 auf den Markt kommen. Beteiligt an der Weiterentwicklung der Technologie sind neben der Empa der norwegische Sportbekleidungshersteller KJUS und das Schweizer Textilunternehmen Schoeller. Bestaunen lässt sich ein Prototyp einer elektroosmotischen Jacke aber bereits auf der internationalen Sportmesse ISPO in München vom 28. bis 31. Januar 2018, wo ihn Osmotex erstmals öffentlich präsentiert.

Innovation: Licht Sensor statt Spritze

Veröffentlicht am von
Antworten

Die Empa und das Universitätsspital Zürich haben zusammen einen Sensor entwickelt, der den Blutzucker durch Hautkontakt misst. Das Besondere dabei: Es ist keine Blutentnahme nötig, nicht einmal zur Kalibrierung des Sensors. Eingesetzt werden soll «Glucolight» zunächst bei Frühgeborenen, um eine Unterzuckerung und daraus folgende Hirnschäden zu vermeiden.

Jedes zwölfte Kind in der Schweiz wird zu früh geboren. Tritt bei diesen Frühchen eine Unterzuckerung (Hypoglykämie) ein, die länger als eine Stunde andauert, kann es zu einer Störung der Gehirnentwicklung kommen. Um dies zu verhindern, muss der Blutzuckerspiegel der Babys regelmässig bestimmt werden. Dazu waren bisher Blutentnahmen unvermeidbar. Eine regelmässige Blutentnahme über Stunden ist bei den sensiblen Kleinen aber unmöglich, zu gross wären Blutverlust und Stress.

Die Empa und das Universitätsspital Zürich haben daher zusammen in einem vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) finanzierten Projekt den Sensor «Glucolight» entwickelt, der ohne jegliche Blutentnahme den Blutzuckerspiegel über die Haut misst.Zwar gibt es bereits Hautsensoren, diese müssen vor dem Gebrauch jedoch kalibriert werden. Und dazu muss der Permeabilitätswert der Haut bekannt sein. Um diesen zu ermitteln, bestimmt man über eine Blutprobe den Blutzuckerwert und misst gleichzeitig den Glukosegehalt auf der Haut. Mit diesen zwei Messwerten lässt sich die Permeabilität berechnen und der Sensor kalibrieren.Eine andere Funktionsweise als bei bisherige Sensoren«Glucolight» erspart den Frühchen die Blutentnahmen und ermöglicht gleichzeitig eine permanente Überwachung des Blutzuckerspiegels. Möglich macht dies die neue Messtechnik des «Glucolight».

empa
Der Sensor besteht aus mehreren Teilen: ein Mikrodialyse-Messkopf, der am Universitätsspital Zürich entwickelt wurde, mit einer an der Empa entwickelten «smarten» Membran, Lichtquellen, eine Pumpe und ein Mikrofluidik-Chip mit Fluorometer, das auch am Universitätsspital Zürich entwickelt wurde.Die «smarte» Empa-Membran enthält spezielle Farbstoffmoleküle, so genannte Spiropyrane. Werden diese Spiropyranmoleküle mit UV-Licht bestrahlt, verändern sie ihre chemische Struktur, sie werden geladen (polarer). Bei der Bestrahlung mit sichtbarem Licht kehren sie zurück zu ihrer ursprünglichen, neutralen Struktur. Dies bewirkt, dass sich die Membran bei Bestrahlung mit UV-Licht «öffnet», Glukosemoleküle diffundieren relativ leicht von der Haut durch die Membran. Bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht passieren deutlich weniger Glukosemoleküle die Membran.Für die Messung wird der rund drei Zentimeter grosse Messkopf dem Baby auf die Haut geklebt. Anschliessend wird der Messkopf mit sichtbarem Licht bestrahlt – einige Glukosemoleküle diffundieren von der Haut durch die Membran. Dahinter wird die Glukose mit einer Flüssigkeit gemischt und durch den Mikrofluidik-Chip gepumpt. Dabei werden Enzyme beigemischt, welche eine Reaktion auslösen. Bei der Reaktion tritt eine Fluoreszenz auf, welche das Fluorometer misst und der Computer errechnet daraus die Glukosekonzentration. Danach wird der Vorgang mit UV-Licht wiederholt. Über diese zwei unterschiedlichen Werte berechnet der Computer dann den Blutzuckerwert der Frühgeborenen.Die Forschung mit und an «Glucolight» geht weiterDie Forscher haben «Glucolight» Mitte 2014 zum Patent angemeldet.

Im Laufe des Jahres 2015 sind die ersten klinischen Studien am Universitätsspital Zürich geplant. Bis «Glucolight» standardmässig eingesetzt werden kann, dürfte es aber noch einige Jahre dauern. Zurzeit stehen die Empa und das Universitätsspital Zürich in Verhandlungen mit Partnern für die industrielle Herstellung des Sensors. Für die Zukunft können sich die Forschenden vorstellen, «Glucolight» auch in anderen Bereichen, etwa bei Diabetikern, einzusetzen.

Die Neuartigen Abgas-Katalysatoren

Veröffentlicht am von
1

Mit der kommenden Abgasnorm Euro 6 werden Abgaskatalysatoren vor allem bei Dieselfahrzeugen teurer. Die Empa arbeitet an einem Katalysatorträger aus Keramikschaum, der aufgrund seiner Struktur effizienter und somit kostengünstiger ist – und dabei erst noch weniger Edelmetall benötigt.

Herkömmliche Abgaskatalysatoren haben eine regelmässige Wabenstruktur. Auf dem aus einem Stück bestehenden Keramikträger (Monolith) ist die katalytisch aktive Schicht aufgebracht, die wertvolle Edelmetalle wie Platin, Rhodium oder Palladium enthält. Die heissen Abgase durchströmen den Katalysator ohne Turbulenzen. Da der Grossteil des Abgasstroms den Kat im Zentrum passiert, verschleisst der zentrale Teil schneller, während die Randbereiche des Monolithkats mehr oder weniger ungenutzt bleiben. Um dessen Lebensdauer zu verlängern, muss er also möglichst lang sein. Länger bedeutet aber mehr Oberfläche und somit einen höheren Edelmetallgehalt – also auch einen höheren Preis.

Wabenkatalysator

Dieser Wabenkatalysator aus einem Rennwagen gab den Empa-ForscherInnen den Anstoss, den Schaumkat zu entwickeln: Der Monolith ist in einem kleinen Bereich geschmolzen, direkt daneben aber unversehrt, was auf eine schlechte Verteilung der Abgase hinweist.

Wabenkatalysator Empa
Die unregelmässige Struktur des Kera mikschaumträgers verwirbelt die Abgase und spart dadurch katalytisches Edelmetall.

Effizienz entsteht an der Empa

Empa-Forscher der Abteilung «Verbrennungsmotoren» unter der Leitung von Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler lösten das Problem mit einer Innovation. Das Team arbeitet an einem Katalysatorträger aus Keramikschaum, der den Monolith-Träger künftig ersetzen soll. Denn: Bei gleicher Katalysatorwirkung ist der neuartige Kat wesentlich günstiger.

Das Geheimnis liegt in seiner Struktur. Im Gegensatz zum Monolith-Katalysator ist der Keramikschaum unregelmässig aufgebaut, wie ein Schwamm. Die einströmenden Abgase geraten dadurch in Turbulenzen und werden gleichmässig im Katalysator verteilt. Obwohl der Schaumkat eine kleinere Oberfläche hat als der Monolith, wird diese Oberfläche dadurch viel effizienter genutzt. Das Ergebnis: die gleiche katalytische Wirkung wie ein gewöhnlicher Katalysator mit nur einem Drittel des teuren Edelmetalls – und einem halb so langen Katalysator.

Trotz der Brüchigkeit des Keramikschaums gelang es den ForscherInnen in Zusammenarbeit mit der Empa-Abteilung «Hochleistungskeramik» die mechanische Festigkeit des Schaumkats um ein Vielfaches zu steigern. Aktuell arbeiten die WissenschaftlerInnen daran, die Struktur des Schaums zu optimieren. Der Schaumträger hat einen höheren Luftwiderstand und verursacht somit einen leicht erhöhten Treibstoffverbrauch gegenüber einem Monolith-Träger. Mit aufwändigen Computersimulationen entwickelt das Empa-Team Schaumstrukturen, die den Luftwiderstand senken, ohne die erwünschten Turbulenzen darin zu mindern.

Wabenkatalysator Empa 2
Altbewährt vs. Innovativ: links ein Monolithkat, rechts ein Schaumkat.

Obwohl die Herstellung des Schaumkats vorerst noch im kleinen Rahmen an der Empa stattfindet, besteht bereits Interesse seitens der Industrie. So sind der belgische Materialtechnologie-Konzern Umicore und Fiat Powertrain Technologies am Projekt beteiligt. Auf dem Gelände der Empa wird der Schaumkat in einem Diesel-Testwagen geprüft. Seit eineinhalb Jahren ist auch ein Auto der Industriellen Werke Basel (IWB) mit dem Empa-Katalysator unterwegs, um die Innovation im Langzeittest über mindestens 150‘000 Kilometer zu testen.

Günstige Katalysatoren trotz strengerer Abgasnormen

Der Schaumkat wäre vor allem für kleine Dieselfahrzeuge eine ideale Alternative zum Monolith. Ab September 2014, wenn die Euro-6-Abgasnorm in Kraft treten wird, müssen die Schadstoffemissionen von Dieselmotoren merklich sinken. Insbesondere wird dann ein Stickoxid-Katalysator obligatorisch. Zusammen mit dem Partikelfilter und dem gewöhnlichen Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Katalysator verteuert dies die Abgasreinigung bei Dieselautos erheblich. Mit dem stark reduzierten Bedarf an Edelmetallen kann der Empa-Schaumkat dem entgegenwirken.

Die Leichtbau Erfindungen und Innovationen

Veröffentlicht am von
Antworten

Autos aus Stahl leiden unter Gewichtsproblemen, Segelyachten aus Stahl fehlt jede Chance auf einen Sieg. Faserverbundwerkstoffe sind eine Alternative – und verbreiten sich schon heute rasant in der Transporttechnik. Das «Technology Briefing» der Empa bot einen Rundblick durch die Szene und einen Ausblick auf kommende Entwicklungen.

empa

Wer sich für Innovationen im Automobilbau interessiert, der hätte denken können, dass BMW und VW bei Kohlenstofffaserstrukturen die Nase deutlich vorne haben. Beide Firmen erwarben vergangenes Jahr Anteile am Zulieferer SGL Carbon. Doch die Konkurrenz schläft nicht; Wettbewerber wie die Daimler AG sind ihnen hart auf den Fersen: Die Stuttgarter Autobauer sind ein Joint-Venture mit dem Kohlenstofffaserfabrikanten Toray Industries eingegangen. Der Siegeszug der Faserverbundstoffe wird weiter gehen, ist Jan Krüger von Daimler Research and Advanced Engineering überzeugt. Die Vorteile liegen auf der Hand: Geringeres Gewicht, gute Crash-Eigenschaften, Vorteile bei der Geräusch- und Vibrationsdämmung. Mit dem Supersportwagen Mercedes SLR McLaren hat Daimler Erfahrungen im Leichtbau mit Kohlenstofffasern gesammelt. 2500 Exemplare des Edelrenners liefen vom Band. Inzwischen ist die Technologie in der Grossserienfertigung angelangt. Der Heckdeckel des Sportcoupés SL 63 AMG wird ab Sommer 2012 in Kohlenstofffaserbauweise hergestellt. Schon jetzt laufen pro Jahr 140 Tausend Vorderachsblattfedern für den Mercedes Sprinter aus Verbundwerkstoffen vom Band. Und jede zweite Sitzheizung, die in Stuttgart eingebaut wird, hat Heizelemente aus Kohlenstofffasern.

Crashsimulation
Peter Fritzsche von der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) berichtete über die Simulation von Bruch- und Crashversuchen an Verbundwerkstoffen. Obwohl das komplexe und nichtlineare Verhalten dieser Werkstoffe oft für Überraschungen sorgt, hat die Computersimulation der Eigenschaften bereits grosse Fortschritte gebracht. Je genauer die plastische Verformung in Modelle gefasst werden kann, desto präziser lassen sich Bauteile aus Faserverbundstoffen für den jeweiligen Einsatzzweck entwerfen.

Produktion von Grossserien unter Kostendruck
Aus Sicht eines Grossfabrikanten mit tausenden Angestellten in aller Welt berichtete Wenzel Krause von der Firma Autoneum. Die frühere Automotive-Sparte des Rieter-Konzerns und beliefert Fahrzeughersteller in Nord- und Südamerika, Europa und Asien mit Verbundfaserbauteilen, die in Motorraum, Unterboden, Innenraum und Gepäckraum der Fahrzeuge eingesetzt werden. 100 TausendTonnen Material pro Jahr wird dabei verarbeitet und ausgeliefert. Besonders für den Unterbodenschutz sind hohe Steifigkeit und Schlagzähigkeit gefordert – und das zu einem möglichst günstigen Preis. Autoneum nutzt verschiedene Produktionsmethoden, um Bauteile mit genau passenden Eigenschaften zu fertigen. Mit Glasfasern in verschiedenen Längen werden die Bauteile gezielt verstärkt. Ein möglichst hoher Grad an Automatisierung ist dabei für die Massenproduktion unerlässlich.

Die nächste Alinghi
Bei besonders hochpreisigen Spezialitäten sind Verbundwerkstoffe aus Kohlenstofffasern schon länger im Einsatz. Etwa in der Königsklasse des Yachtbaus, dem America’s Cup. Hierfür entwirft Andreas Winistörfer mit seiner Firma CarboLink GmbH, ein Spin-Off-Unternehmen der Empa, hochfeste Zuganker und Seile. Geld spielt dabei eine untergeordnete Rolle – doch ein etwaiges Versagen des Bauteils wird in alle Welt übertragen und von einem Millionenpublikum verfolgt. Seit zehn Jahren ist Winistörfer in diesem anspruchsvollen Feld unterwegs. Neben Yachten versorgt CarboLink auch den Kranhersteller Liebherr mit Abspannungen aus Kohlenstofffasern. Der Industriepartner profitiert von 50 bis 70 Prozent Gewichtsersparnis und dank besseren Ermüdungseigenschaften von einer etwa 15-mal längeren Lebensdauer der Karbonbauteile im Vergleich zu Bauteilen aus Stahl.

Fasern mit flüssigem Inhalt
Um verbesserte, massgeschneiderte Eigenschaften geht es auch beim Empa-Projekt «Rheocore». Dabei sollen Fasern gesponnen werden, in deren Inneren sich ein verzweigter Flüssigkeitskanal befindet. Das Ziel: Fasern, die sich bei langsamer Bewegung flexibel zeigen, die jedoch auf schnell einwirkende Kräfte mit Versteifung reagieren. So könnte eine neue Art von Schutzbekleidung entwickelt werden, die angenehmer zu tragen ist als alles derzeit bekannte. Doch die Herstellung solcher Flüssigkeitskammern im Faden ist alles andere als trivial, erläuterte Rudolf Hufenus von der Abteilung «Advanced Fibers». Inzwischen hat das Projektteam die mathematischen Grundlagen errechnet und Modellversuche abgeschlossen. Nun geht es an die Herstellung eines ersten Prototyps einer Spinndüse.

empa1

empa2

Die Empa-Abteilung «Advanced Fibers» erforscht und entwickelt mit aktiver Flüssigkeit gefüllte Fasern im Projekt «Rheocore».

Weitere Informationen bekommen Sie von Herr Dr. Rudolf Hufenus, Advanced Fibers, von der Empa, unter Tel. +41 58 765 73 41.

Neuer innovativer Leichtbau Prüfstand an der Empa eröffnet

Veröffentlicht am von
Antworten

Seit kurzem verfügt die Empa über eine neue Forschungs- und Entwicklungsplattform, um die Schalldämmung von Gebäuden in Leichtbauweise zu verbessern. Am 30. Juni 2011 wurde der Leichtbauprüfstand, den die Empa mit der Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau in Biel betreibt, eingeweiht. Damit lassen sich etwa mehrgeschossige Holzbauten lärmschutzoptimieren.

Leichtbau ist gefragt, je länger, je mehr. Denn er schont Ressourcen – und Kosten, auch und vor allem in der Bauwirtschaft. Vor allem Holz als nachwachsender und damit nachhaltiger Rohstoff dürfte künftig als Baumaterial immer wichtiger werden. Doch die Leichtbauweise hat einen gravierenden Nachteil: Je weniger Material in einem Bauelement steckt, desto schlechter schützt es gegen Lärm, vor allem bei tiefen Frequenzen, also im als besonders störend empfundenen Boom-Boom des Bassbereichs.

empa 2

Technisch lassen sich zwar auch Leichtbauten gegen Lärm isolieren, dies wird allerdings schnell einmal kompliziert und kostspielig. So müsste ein Leichtbau beispielsweise deutlich höhere Geschosse aufweisen, um dank dickerer Deckenaufbauten den gleichen Lärmschutz wie ein Haus in Massivbauweise zu bieten. Bei einer vorgegebenen maximalen Bauhöhe lassen sich also im Leichtbauhaus weniger Stockwerke verwirklichen – was wiederum den Ertrag beziehungsweise die Einnahmen senkt. Ausserdem sind die derzeit für die Planung verwendeten Berechnungsverfahren im Fall von Leichtbauten sehr unsicher; oft ist erst nach Fertigstellung klar, ob der gewünschte Lärmschutz mit den verwendeten Elementen und Materialien auch tatsächlich erreicht wurde.

Um diese zu verbessern und dadurch neue Konstruktionen entwickeln zu können, die leicht und gleichzeitig leise sind, hat die Empa gemeinsam mit der Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau in Biel (BFH-AHB) eine neue Forschungsinfrastruktur in Betrieb genommen – den Leichtbauprüfstand, eine 400 Quadratmeter grosse und rund zwölf Meter hohe Halle, in der je zwei über- beziehungsweise nebeneinander liegende Räume aus Leichtbauelementen aufgebaut und akustisch untersucht werden können. Damit lassen sich sowohl die vertikale als auch die horizontale sowie die diagonale Schallausbreitung von einem Raum auf die anderen bestimmen. Das Besondere an den Räumen: Sie ruhen auf separaten Bodenplatten aus Beton, die elastisch gelagert und damit vom übrigen Gebäude und voneinander schwingungsentkoppelt sind. Dies verhindert, dass sich Schallwellen über den Boden von einem Raum auf den benachbarten ausbreiten.

Denn genau in der Schallausbreitung – genauer gesagt: im Weg, den der Schall «einschlägt», um sich auszubreiten – liegt die Schwierigkeit im Leichtbau. Während es für Massivbauten genügt, die akustischen Dämmwerte einzelner Elemente wie Wände, Decken, Türen und Fenstern zu messen, um daraus die Lärmschutzeigenschaften des fertiggestellten Gebäudes vorherzusagen, funktioniert dies beim Leichtbau nicht. Die leichten Bauelemente lassen sich einfacher zum Schwingen anregen und übertragen den Schall dadurch in Längsrichtung besser auf die angrenzenden Bauteile.

Bei Leichtbauten müssen also sämtliche möglichen Wege berücksichtigt werden, über die sich der Schall ausbreiten kann, nicht nur der direkte, etwa durch die Wand in den nächsten Raum. Insgesamt gibt es bei Leichtbaukonstruktionen mindestens sechs zusätzliche Übertragungswege für den Lärm, verglichen mit dem Massivbau. Und all diese können im Leichtbauprüfstand separat akustisch vermessen werden.

Dabei lassen sich alle möglichen Leichtbaumaterialien experimentell untersuchen. Messungen an Systemen aus Gipsleichtbauwänden fanden bereits statt – und haben für den Industriepartner auch schon nützliche Hinweise für die Weiterentwicklung des Produkts ergeben. Demnächst beginnen die ersten Messungen für ein grosses von der Lignum – die Dachorganisation der Schweizer Wald- und Holzwirtschaft – und dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) finanziertes Kooperationsprojekt, bei dem es unter anderem darum geht, das Schalldämmvermögen von Holzkonstruktionen genau zu bestimmen und schall- sowie holzbautechnisch optimierte Bauteile und Gebäude zu entwickeln.

Das Band ist durchtrennt, die Einweihung vollzogen. Gian-Luca Bona, Direktor der Empa (links), und Heinz Müller, Direktor der BFH-AHB, haben den Leichtbauprüfstand der Forschung übergeben.

Das Band ist durchtrennt, die Einweihung vollzogen. Gian-Luca Bona, Direktor der Empa (links), und Heinz Müller, Direktor der BFH-AHB, haben den Leichtbauprüfstand der Forschung übergeben.

Bei der Einweihung Ende Juni haben die Direktoren der Empa und der BFH den Leichtbauprüfstand der Forschung übergeben. «Besonders freut mich, mit dieser Forschungsinfrastruktur auch die Zusammenarbeit mit den Fachhochschulen intensivieren zu können», so Gian-Luca Bona, Direktor der Empa.

Swiss Cleantech Report: Schweiz weltweit unter den Innovativsten

Veröffentlicht am von
Antworten

Umweltfreundliche Technologien spielen für den Wirtschafts- und Forschungsstandort Schweiz eine zunehmend wichtige Rolle. Eine neue Studie zeigt branchenübergreifend einen beachtlichen Anteil von Investitionen, die Schweizer Unternehmen für energieeffiziente Technologien aufwenden. Zudem, so das Fazit des Reports, gehört die Schweiz auf diesem Gebiet weltweit zu den innovativsten Ländern.
Cleantech legt zu in der Schweiz. Das grosse Wachstumspotential von Technologien, die zur effizienten Nutzung und Erhaltung der natürlichen Ressourcen beitragen, belegt der erstmals veröffentlichte «Swiss Cleantech Report», der den Schweizer Cleantech-Bereich umfassend und aus verschiedenen Blickwinkeln beleuchtet. Schon lange vor den jüngsten Reaktorunfällen in Japan hat die Schweiz das enorme wirtschaftliche Potential umweltfreundlicher Technologien erkannt und gefördert.

swiss cleantech report

Die Konjunkturforschungsstelle der ETH Zürich (KOF) hat in einer neuen wissenschaftlichen Studie die wirtschaftlichen Mechanismen untersucht, die bei der Erzeugung und Verbreitung energieeffizienter Technologien eine Rolle spielen. Sie kommt dabei zu dem Ergebnis, dass Schweizer Unternehmen im Durchschnitt zwischen 5 und 7 Prozent ihrer Gesamtinvestitionen für energieeffiziente Technologien aufwenden. Die Schweizer Wirtschaft nutzt demzufolge bereits heute Cleantech-Produkte in beachtlichem Ausmass – und dies über verschiedene Branchen hinweg. Mit mehr als 12 Prozent ist der Anteil an Investitionen in der Papier- und in der Elektrotechnikindustrie besonders hoch. Stromversorger liegen mit einem Anteil von 48 Prozent sogar noch höher. Zu den wichtigsten Investitionsmotiven zählen – unabhängig von der Grösse der Unternehmen – die hohen Energiepreise sowie umweltpolitische Faktoren.

Anzahl von Erfindungen im Zusammenhang mit der Minderung des Klimawandels oder der Anpassung an den Klimawandel, für die Patentschutz angemeldet wurde, pro Kopf.

Anzahl von Erfindungen im Zusammenhang mit der Minderung des Klimawandels oder der Anpassung an den Klimawandel, für die Patentschutz angemeldet wurde, pro Kopf.

Als einer der Pioniere auf dem Gebiet Cleantech gehört die Schweiz im internationalen Vergleich zu den innovativsten Ländern: Allein im Jahr 2008 waren pro Million Einwohner 20 zur Patentierung angemeldete Erfindungen im Bereich Cleantech zu verzeichnen. «Im Forschungs- und Entwicklungsbereich ist die Schweiz in der Tat Weltklasse», so Gian-Luca Bona, Direktor der Empa, die als Projektpartner am «Swiss Cleantech Report» mitgewirkt hat. «Aber damit die Schweizer Unternehmen im «Big Business» der Cleantech-Anwendungen gut positioniert sind, müssen wir die Resultate der Grundlagenforschung hier zu Lande noch effizienter in innovative Technologien umsetzen.»

Der «Swiss Cleantech Report» ist eine aktuelle Bestandsaufnahme des Schweizer Cleantech-Bereichs; er beleuchtet die exzellenten Rahmenbedingungen für Umwelttechnologien in der Schweiz im Hinblick auf Forschung und Entwicklung, wirtschaftliche Umsetzung sowie attraktive Finanzierungsmöglichkeiten.

Herausgegeben wird der «Swiss Cleantech Report» von einer Reihe wichtiger Institutionen aus Forschung, Wirtschaft und dem öffentlichen Sektor. Projektpartner sind neben der Empa das Bundesamt für Berufsbildung und Technologie (BBT), CleantechAlps, das CSEM, das Eidgenössische Institut für Geistiges Eigentum, Osec, das Paul Scherrer Institut (PSI), SIX Swiss Exchange und swisscleantech.

Die Nanosilber Innovation

Veröffentlicht am von
1

Nanosilber ist keine neue Erfindung der Nanotechnologien, sondern bereits seit mehr als 100 Jahren in verschiedenen Produkten im Einsatz. Dies zeigt eine neue Empa-Studie. Schon damals wurde die antimikrobielle Wirkung winziger Silberteilchen genutzt, die als kolloidales Silber bekannt waren.

Etliche Nanomaterialien stehen derzeit im Fokus der Öffentlichkeit. Besonders Silbernanopartikel werden sowohl von Wissenschaft als auch von Behörden detailliert untersucht. Die Annahme dahinter: dass es sich bei Nanosilber um eine völlig neue Substanz handelt. Die Empa-Forscher Bernd Nowack und Harald Krug zeigen zusammen mit Murray Height von der Firma HeiQ in einer vor kurzem in der Fachzeitschrift «Environmental Science & Technology» veröffentlichten Studie, dass Nanosilber keineswegs eine Erfindung des 21. Jahrhunderts ist. Bereits 1889 wurden Silberpartikel mit einem Durchmesser von nur sieben bis neun Nanometer erwähnt. Verwendet wurden diese in Heilmitteln oder in Bioziden, um das Wachstum von Bakterien auf Oberflächen zu vermeiden. Zum Beispiel in antibakteriellen Wasserfiltern oder in Algiziden für Swimmingpools.

Die Elektronenmikroskopaufnahme zeigt Silbernanopartikel in Algaedyn, einem Desinfektionsmittel für Swimmingpools.

Die Elektronenmikroskopaufnahme zeigt Silbernanopartikel in Algaedyn, einem Desinfektionsmittel für Swimmingpools.


Bekannt waren die Nanoteilchen als «kolloidales Silber». Doch gemeint ist damals wie heute das Gleiche: extrem kleine Silberpartikel. Neu ist lediglich die Verwendung der Vorsilbe «Nano». «Doch», so Bernd Nowack, «Nano bedeutet weder, dass etwas neu, noch, dass es von vorneherein schädlich ist.» Als das «kolloidale Silber» in den 1920er-Jahren in grossen Mengen auf den Markt kam, löste das zahlreiche Studien und entsprechende Regulierungen seitens der Behörden aus. Schon damals war den Entdeckern der Nanopartikel also deren Bedeutung und Wirkungsweise bewusst. «Das bedeutet aber nicht, dass die möglichen Auswirkungen der Nanopartikel auf Mensch und Umwelt verharmlost werden sollten», sagt Nowack. Wichtig sei, die Materialeigenschaften von Nanosilber genau zu charakterisieren und nicht einfach die Vorbehalte gegenüber Nanosilber zu glauben.

Unter Nanopartikeln sind Teilchen mit einer Grösse von unter 100 Nanometer zu verstehen. Aufgrund ihrer extremen «Kleinheit» besitzen Nanoteilchen andere Eigenschaften als grössere Partikel desselben Materials. So weisen Nanopartikel pro Volumeneinheit eine viel grössere Oberfläche auf. Dadurch sind sie beispielsweise häufig reaktiver. Nanosilber gibt zudem, bei geringerem Materialeinsatz, mehr Silberionen ab als solides Silber. Die gelösten Silberionen wirken auf Bakterien toxisch und töten diese ab. Ob Nanosilber ein Risiko für Mensch und Umwelt darstellt, ist Gegenstand von derzeit laufenden Untersuchungen.

Zurzeit sind Hunderte von Produkten im Umlauf, die Silbernanopartikel enthalten, zum Beispiel Kosmetika, Lebensmittelverpackungen, Desinfektions- und Reinigungsmittel, aber auch antibakterielle Socken und Unterwäsche. Weltweit werden pro Jahr rund 320 Tonnen Nanosilber eingesetzt. Einiges davon gelangt über das Abwasser in den Wasserkreislauf. Welche Wirkung die Silberpartikel auf Flüsse, Böden und die darin lebenden Organismen haben, ist noch nicht im Detail geklärt. Ein in der Fachzeitschrift «Science» erschienener Kommentar von Bernd Nowack diskutiert die Implikationen der neuesten Studien zu Nanosilber in Kläranlagen. Mehr als 90 Prozent wird gebunden und reichert sich im Klärschlamm in Form von Silbersulfid an. Dieses Silbersalz ist extrem schwerlöslich und um Grössenordnungen weniger giftig als freie Silberionen. Dabei spielt die ursprüngliche Form des Silbers im Abwasser – ob als metallische Nanopartikel, ob gelöst als Silberionen oder als unlöslicher Silbersalzniederschlag – offenbar keine Rolle. «Was die Umweltauswirkungen angeht, dürfte sich Nanosilber in Konsumgütern nicht von anderen Formen von Silber unterscheiden und für Ökosysteme nur ein geringes Problem darstellen», sagt Nowack. Geklärt werden müsse aber noch, in welcher Form das nicht gebundene Silber im Abfluss der Kläranlagen vorliege und was mit dem Silbersulfid in natürlichen Gewässern geschehe, ob es etwa stabil ist oder wieder in andere Silberformen umgewandelt wird.

KTI Medtech Award 2010

Veröffentlicht am von
Antworten

Die Förderagentur für Innovation KTI des Bundesamtes für Berufsbildung und Technologie (BBT) hat in Bern den mit 10‘000 Franken dotierten KTI Medtech Award 2010 vergeben. Fachleute wählten den Sieger aus drei nominierten Projekten. Bei dem ausgezeichneten Projekt der Firma Compliant Concept und der Empa wurde eine Lösung für das Problem des Wundliegens, auch Dekubitus genannt, entwickelt.

Die Leiterin des Leistungsbereichs KTI a.i., Klara Sekanina, übergab den Gewinn in Form eines Valser Quarzitsteins an Andrin Maggi von Compliant Concept und Michael Sauter von der Empa im Beisein von rund 400 Anwesenden aus Forschung und Industrie. Die starke Zunahme an eingereichten KTI-Projekten (+ 34%) manifestiert die ungebrochene Innovationskraft der Schweizer Medtech Branche.

neuartiges Bett
Das als Spin-off der Empa und ETH Zürich gegründete Unternehmen Compliant Concept, über welches ich bereits berichtete, hat in Zusammenarbeit mit den beiden Forschungsstätten ein neuartiges Bett entwickelt, mit dem Druckgeschwüren vorgebeugt werden kann. Der gelenklose Bettenrost imitiert die Bewegungsmuster gesunder Menschen nach und lagert die Patienten sanft um. Sensoren registrieren zudem die Eigenbewegungen der Patienten und leiten eine entsprechende Umlagerung ein. Dekubitus ist ein grosses Problem bei der Pflege von älteren und immobilen Patienten, da die Vorbeugung sehr zeit- und personalintensiv ist. In der Schweiz sind rund 30 bis 40 Prozent von 90‘000 in Pflegeheimen lebenden Patienten dekubitusgefährdet. Die Jungfirma wurde sowohl durch die F&E Projektförderung als auch das Start-up Coaching der KTI unterstützt.

Die KTI Medtech Initiative wurde im Jahre 1997 lanciert und hat seither über 230 Projekte unterstützt. KTI Medtech verfolgt zwei Hauptziele: einerseits die Innovation und die Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Medizinaltechnik zu unterstützen, und andererseits den Know-how-Transfer zwischen Forschung, Medtech-Firmen, Jungunternehmen und KMU zu stimulieren. Im Jahr 2009 erhielten 43 geförderte Projekte 16,9 Mio. Franken Bundesbeiträge. Die Wirtschaftspartner ihrerseits investierten 18,6 Mio. Franken in die Projekte.

Hightech-Puppen, die schwitzen

Veröffentlicht am von
Antworten

Das Schweizer Unternehmen Humanikin GmbH aus St. Gallen ist ein Empa-Technologien Spin-off. Mark Richards, Firmengründer und ehemaliger Empa-Forscher, entwickelt so genannte Manikins: spezielle Puppen, die sich bewegen und schwitzen und so den menschlichen Körper möglichst realitätsnah imitieren, etwa um bessere funktionale Bekleidung für Sport oder extreme Arbeitseinsätze zu entwickeln.

Sweating Agile thermal Manikin

Obwohl Mark Richards in dem Unternehmen Humanikin GmbH bereits seit Oktober 2008 selbstständig ist, hat er die Empa – räumlich gesehen – nie verlassen. Der britische Physiker und Physiologe hat im tebo, dem Technologiezentrum der Empa in St. Gallen, Räumlichkeiten für seine Entwicklungsfirma eingerichtet. In einem dieser Räume steht SAM (Sweating Agile thermal Manikin), ein bewegliches und schwitzendes Ganzkörpermodell, mit dem sich Hitzeverlust, Schweissproduktion und Bewegungen des Menschen realistisch simulieren lassen. SAM ist der bisherige Höhepunkt der Entwicklung dieser Manikins. Zuvor hatte Richards schon einen Schwitztorso kreiert, um Schlafsackmaterialien zu beurteilen, und einen Schwitzkopf namens Alex für die Klimaprüfung in einem Helm.

Ideen zum Bau von intelligenten thermischen Steuerungen hat Richards viele, einige davon sind bereits zum Patent angemeldet. Zum Beispiel soll SAM eine verbesserte Haut bekommen, damit die Wärmeabgabe genauer gemessen werden kann. Richards will Systeme entwickeln, die das lokale dynamische Schwitzverhalten und die Hauttemperatur besser imitieren. Dafür bekommt SAM auch ein anatomisch geformtes Gesicht sowie Hände und Füsse. So wird SAM noch menschlicher !