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Orangenschalen

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Man nehme Orangenschalen, entziehe ihnen den Naturstoff Limonen, oxidiere ihn und verbinde ihn mit Kohlendioxid: Und schon hat man einen biobasierten Kunststoff, aus dem sich ohne hohe Kosten umweltfreundliche Funktionsmaterialien für verschiedenste industrielle Anwendungen herstellen lassen. ‚PLimC‘ ist der Name dieses grünen Alleskönners, der es erstmals ermöglicht, allein auf der Basis nachwachsender Rohstoffe ein breites Spektrum leistungsstarker Kunststoffe herzustellen. Dies hat jetzt ein Forschungsteam an der Universität Bayreuth herausgefunden, das seine Ergebnisse im Wissenschaftsmagazin ‚Nature Communications‘ vorstellt.         

Ein biobasierter Kunststoff mit starken Eigenschaften
PLimC ist ein Polycarbonat, das aus einer Synthese von Limonenoxid (Betonung: Limonénoxid) mit Kohlendioxid hervorgeht. So ist gewährleistet, dass es im Unterschied zu herkömmlichen Polycarbonaten nicht die gesundheitsschädliche Substanz Bisphenol A enthält. Zudem bringt der neue bio-basierte Kunststoff eine Reihe von Eigenschaften mit, die ihn für industrielle Anwendungen attraktiv machen: PLimC ist hart, äußerst hitzebeständig und durchsichtig und eignet sich deshalb besonders gut als Material für Beschichtungen. „Wir haben an einigen konkreten Beispielen gezeigt, dass sich PLimC hervorragend als Grundstoff eignet, aus dem sich vielseitige Kunststoffe mit sehr spezifischen Eigenschaften entwickeln lassen. PLimC besitzt nämlich eine Doppelbindung, die gezielt für weitere Synthesen genutzt werden kann“, erklärt Prof. Dr. Andreas Greiner, der Leiter des Bayreuther Forschungsteams.

Neuer Kunststoff könnte der Plastik-Vermüllung der Meere entgegenwirken
Ein Beispiel für solche neuen PLimC-basierten Kunststoffe sind antimikrobielle Polymere, die beispielsweise imstande sind, eine Anlagerung von E.Coli-Bakterien zu verhindern. Als Materialien für Behälter, die in der medizinischen Versorgung und Pflege zum Einsatz kommen, können sie das Infektionsrisiko nicht zuletzt in Krankenhäusern deutlich senken. Auch für die Herstellung von Kunststoff-Implantaten, von denen möglichst keine Entzündungsrisiken ausgehen sollen, können solche Polymere interessant sein. Ein anderes Beispiel sind meerwasserlösliche Polymere, die sich im salzigen Meerwasser in ökologisch unbedenkliche Bestandteile auflösen und anschließend zersetzen. Solche Kunststoffe könnten, wenn sie künftig für Flaschen, Tüten oder andere Behälter verwendet werden, der dramatisch ansteigenden Verschmutzung der Meere durch nicht-lösliche Plastik-Partikel entgegenwirken. PLimC ist ebenso ein Grundstoff für hydrophile Polymere. Diese wiederum haben den Vorteil, dass sie eine hohe Wechselwirkung mit Wasser aufweisen und dadurch vergleichsweise schnell von Mikroorganismen abgebaut werden können.

„Wenn wir gezielt neue Materialien auf der Grundlage von PLimC entwickeln wollen, sind der Phantasie fast keine Grenzen gesetzt“, erklärt Oliver Hauenstein M.Sc., der als Doktorand entscheidende Forschungsarbeiten zur Synthese und Anwendung dieses neuen Kunststoffs geleistet hat. „Die Herstellung von PLimC ist einfach zu handhaben und ausgesprochen umweltfreundlich. Die Schalenabfälle von Unternehmen, die Orangensäfte produzieren, können recycelt werden, und ebenso kann das Treibhausgas CO2 verwertet werden, bevor es in die Atmosphäre entweicht. Zudem sind die vielfältigen Kunststoffe, die auf Basis von PLimC ohne großen technischen oder finanziellen Aufwand synthetisiert werden können, ökologisch unbedenklich und recyclebar.“
Prof. Greiner fügt hinzu: „Die Kunststoff-Industrie steht ja häufig unter dem Verdacht, dass sie ihre technologischen Fortschritte nur mit ökologisch bedenklichen Materialien erzielen kann, was so natürlich nicht richtig ist. Unsere Forschungsergebnisse zeigen klar: Moderne Kunststoffe können umweltfreundlich sein und zugleich sehr hohen technologischen Anforderungen gerecht werden.“  
Veröffentlichungen:

Text: Christian Wißler Mediendienst Forschung Universität Bayreuth,   Bilder:pixabay

ForschungMehr zu dem Thema Biokunststoffe lesen Sie hier.

Tablet oder Smartphone

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Koffer gepackt und ab in den Urlaub. Da darf eins nicht fehlen: das Smartphone. Für viele ist es inzwischen so selbstverständlich im Reisegepäck dabei wie die Zahnbürste. Schnell ein Urlaubsfoto machen und den Freunden schicken, mit dem Liebsten zu Hause telefonieren – dank Mobilfunk kein Problem.
Doch besonders im Auslandsurlaub gilt: Sich kurz zu fassen schont nicht nur die Reisekasse. Denn damit Sprach- und Datenübertragung funktionieren, sendet das Handy hochfrequente elektromagnetische Felder aus. Beim Telefonieren ohne Freisprecheinrichtung passiert das direkt am Kopf.         

ständiger Begleiter auch im Urlaub - das Mobiltelefonständiger Begleiter auch im Urlaub - das MobiltelefonNach heutigem Wissen ist das für den Menschen zwar nicht schädlich, wenn die Grenzwerte eingehalten werden. Dennoch sollte man darauf achten, dass die Belastung mit Mobilfunkstrahlung so niedrig wie möglich bleibt. So kann man auch Risiken vorbeugen, die heute möglicherweise noch unbekannt sind. Auf den Komfort des Handys muss man dabei nicht verzichten.
Wie das geht, wie Mobilfunk überhaupt funktioniert und was man über seine Wirkung auf den Menschen weiß, erklärt leicht und unterhaltsam eine neue Animation des Bundesamtes für Strahlenschutz (BfS) (http://www.bfs.de/mobilfunk-film). Für alle eiligen Reisenden gibt es die wichtigsten Empfehlungen des BfS für den Umgang mit Handy und Smartphone ganz praktisch und konkret zum Nachlesen:

Tipps und Tricks für Handynutzer
Die elektromagnetischen Felder, die beim Telefonieren mit Handys in Körpernähe auftreten, sind im Allgemeinen sehr viel stärker als die Felder, denen man beispielsweise durch benachbarte Mobilfunkbasisstationen ausgesetzt ist. Die Empfehlungen des BfS beziehen sich deswegen auf die Benutzung von Handys, Smartphones und Tablets.
• Nutzen Sie das Festnetztelefon, wenn Sie die Wahl zwischen Festnetz und Handy haben.
• Halten Sie Telefonate mit dem Handy oder Smartphone möglichst kurz.
• Telefonieren Sie mit Headset.
• Telefonieren Sie möglichst nicht bei schlechtem Empfang, wie zum Beispiel im Auto ohne Außenantenne.
• Verwenden Sie Handys oder Smartphones, bei denen Ihr Kopf möglichst geringen Mobilfunkfeldern ausgesetzt ist. Je niedriger der sogenannte SAR-Wert (Spezifische Absorptionsrate) Ihres Handys ist, desto besser. Die SAR-Werte von Handy-Modellen finden Sie zum Beispiel unter http://www.bfs.de/sar-werte-handy oder in der Gebrauchsanweisung des Telefons.
• Wenn Sie Ihr Handy oder Smartphone am Körper tragen, achten Sie auf den vom Hersteller angegebenen Mindestabstand.
• Schreiben Sie Textnachrichten. Denn dabei halten Sie das Handy nicht am Kopf.
• Im Internet surfen und E-Mails abrufen sollten Sie möglichst nur bei gutem Empfang oder über WLAN. Bei WLAN ist die Sendeleistung in der Regel niedriger als bei den Mobilfunkstandards UMTS, GSM oder LTE.
• Rufen Sie E-Mails nur bei Bedarf manuell ab.
• Vermeiden Sie den Abruf von E-Mails, während Sie telefonieren. Wenn Sie Ihre persönliche Strahlenbelastung besonders gering halten möchten, schalten Sie den Hintergrunddatenverkehr ab.

Empfehlungen für Kinder
Kinder befinden sich noch in der Entwicklung und könnten deshalb gesundheitlich empfindlicher reagieren als Erwachsene. Das BfS empfiehlt daher, Handytelefonate bei Kindern so weit wie möglich einzuschränken.
Bei Smartphones sollten Sie „Datenverbindungen über Mobilfunk“ deaktivieren. Damit ist Ihr Kind telefonisch erreichbar und kann unterwegs offline spielen. Wer unbedingt auf dem Smartphone oder Tablet online spielen will, sollte das zu Hause über eine WLAN-Verbindung tun. Die Spieldauer sollte nicht nur aus Gründen des Strahlenschutzes in Grenzen gehalten werden.
Weitere Informationen
Die ausführlichen Empfehlungen des BfS und viele weitere wissenswerte Informationen rund um den Strahlenschutz beim Mobilfunk gibt es unter http://www.bfs.de/mobilfunk

Text: Anja Lutz PB2/ Pressearbeit Bundesamt für Strahlenschutz , Bilder:pixabay   


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Ein neu entwickeltes Verfahren revolutioniert Instrumentenbau.

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Neu entwickeltes Verfahren revolutioniert Instrumentenbau

Eberswalde - Mit einem neuen thermischen Behandlungsverfahren ist es dem Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Alexander Pfriem, Vizepräsident für Forschung und Technologietransfer der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE) gelungen, einheimische Holzarten für Zupf- und Streichinstrumente ohne Einschränkungen nutzbar zu machen. Am 5. bis 8. April 2017 werden in Kooperation mit der Reinhardt Best Acoustics GmbH die komplett aus einheimischen Tonhölzern gefertigten Gitarren und das neue Verfahren auf der Frankfurter Musikmesse vorgestellt.

Die Verwendung von Tropenholz ist angesichts des fortschreitenden weltweiten Waldverlustes, illegaler Rodungen und schlechter Praktiken in der Waldwirtschaft ökologisch sehr bedenklich. Ursprünglich wurde für den Gitarrenbau häufig die Holzart Rio-Palisander (Dalbergia nigra) verwendet, welche seit 1992 allerdings der höchsten Schutzstufe des international geltenden Washingtoner Artenschutzübereinkommens unterliegt. Seit dem 2. Januar 2017 stehen nun auch alle anderen Palisanderarten unter Artenschutz, was den Handel prinzipiell nicht ausschließt, aber erhebliche bürokratische Hürden mit sich zieht. 

Für viele Einsatzbereiche wie Gartenmöbel, Zäune oder Außenfassade wird bereits thermisch behandeltes heimisches Holz verwendet. Auch beim Kauf von Gitarren spielen bei vielen Menschen zunehmend ökologische Gesichtspunkte eine entscheidende Rolle. Ein Grund, warum der Druck auf die Produzent*innen wächst. Für hoch anspruchsvolle Holzerzeugnisse wie Musikinstrumente ist es allerdings ungleich schwieriger entsprechende Holzeigenschaften zu ersetzen. Sowohl die Akustik, als auch optische Merkmale müssen Händler*innen und Gitarrenliebhaber*innen überzeugen. Seit vielen Jahren versuchen Gitarrenhersteller Instrumente aus thermisch behandeltem Holz zu bauen. Bisher gelang lediglich der partielle Holzersatz z. B. der Gitarrendecke. Dem Forschungsteam der HNEE ist es durch die Anwendung einer weiterentwickelten thermischen Behandlung gelungen, die Klangeigenschaften lokaler Holzarten durch die Verbesserung der Schallgeschwindigkeit im Holz sowie der Schallabstrahlung zu optimieren. 

KorpusBisher wurde der Korpus, z.B. der gekrümmte Rahmen oder die Decke, aus brasilianischem Rio Palisander gefertigt. Foto: David ZerbstBei allen Gitarrenelementen – Korpus, Hals und Kopf – konnte komplett auf Tropenholz verzichtet werden und sie bestehen nun aus thermisch behandelten und optimierten heimischen Tonhölzern, die sowohl den klanglichen als auch ästhetischen Eigenschaften gerecht werden. Gunther Reinhardt von der Reinhardt Best Acoustics GmbH verrät: „Das Klangergebnis der Thermoholz-Gitarren hält dem Vergleich mit den aus Tropenholz gefertigten Gitarren mehr als Stand.“ Durch die starke über einen längeren Zeitraum stattfindende Erhitzung erhält das Holz, je nach Intensität der Behandlung, tropenholzähnliche Materialeigenschaften, wie auch die von Musiker*innen besonders geschätzte typisch dunkle Farbgebung.

„Die Zukunftschancen für thermisch behandeltes Holz als Substitut zu Tropenholz sind vielversprechend“, so Prof. Dr. Pfriem, der noch in diesem Jahr ein Innovationsnetzwerk Tropenholzersatz mit dem Namen „SubMat4Music“ gründen möchte. Dabei erarbeiten Akteur*innen aus allen Bereichen gemeinsam konkrete Fragestellungen, die dann von der Wissenschaft aufgegriffen werden sollen.
Quelle: Text: Johanna Köhle Hochschulkommunikation, Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde/Bilder: Pixabay

Hintergrund:
Das Forschungsprojekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
Detaillierte Informationen zu diesem neuen Verfahren wird Prof. Dr. Pfriem am Mittwoch, den 5. April 2017 um 9:30 Uhr auf dem Messestand der Reinhardt Best Acoustics GmbH auf der Frankfurter Musikmesse (Stand E92 in Halle 8) in einer offiziellen Pressekonferenz geben. Eine Podiumsdiskussion am gleichen Tag wird zwischen 13:00 und 14:00 Uhr in Halle 8, Stand D50 stattfinden.

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 Chicorée-Salat-Abfälle bald schon der Rohstoff für Flaschen

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Qualitätsprodukte aus Abfall der Lebensmittelproduktion: Wissenschaftler der Universität Hohenheim gewinnen Basis-Chemikalien für Chemie-Industrie aus Wurzelrübe des Chicorée
Rund 800.000 Tonnen: diese Mengen an Chicorée-Wurzelrüben fallen jährlich europaweit bei der Produktion von Chicorée-Salat als Abfallprodukt an. Die Wurzelrüben werden bisher nach der Ernte des Chicorée-Salats auf der Kompostierungsanlage oder in der Biogasanlage entsorgt. Viel zu schade, so die Ansicht zweier Forscherinnen der Universität Hohenheim. Denn aus diesen Wurzelrüben lässt sich Hydroxymethylfurfural (HMF) gewinnen, eines der Basisstoffe in der Kunststoffindustrie von morgen.         

Ein fensterloser Raum auf der Versuchsstation des Hohenheimer Universitätsgeländes. An den Wänden stehen Regal-Türme mit 3 Etagen voll Wannen, ausgekleidet mit Teichfolie. Darin stehen in Kunststoffkörben aufrecht die 15-20 cm langen Wurzelrüben, aus denen verkaufsfähige Chicorée-Salatknospe innerhalb von 3 Wochen wachsen. Eine Aquariumpumpe umspült die Pflanzen mit einer Nährlösung. Es ist dunkel, damit die Salatblätter in einem gelben Pastellton verbleiben und keine der Chicorée-typischen Bitterstoffe bilden, die den Verzehr beeinträchtigen könnten. Ähnlich wie in dieser Versuchsanlage – nur um ein Vielfaches größer – sieht es bei der kommerziellen Produktion von Chicorée-Salat in so genannten Wasser-Treibereien aus: Denn die zweijährige Chicorée-Pflanze verbringt nur die ersten fünf Monate auf dem Acker. Mitte Oktober werden die Blätter abgemulcht, die Wurzelrüben geerntet, kühl gelagert und dann in die Treibräume gebracht. Erst dort treiben neue Blattknospen aus, die als Chicorée-Salat genutzt werden.
Doch anders als in der Lebensmittelproduktion interessiert sich die Universität Hohenheim vor allem für den nicht-essbaren Rübenanteil. „Die Wurzelrübe macht ca. 30 % der Pflanze aus. Die eingelagerten Reservekohlenhydrate werden für die Bildung der Salatknospen nicht vollständig aufgebraucht, so dass wertvolle Reservestoffe verbleiben. Die Wurzelrüben können jedoch nur einmal für die Chicorée-Treiberei genutzt werden, fallen nach der Knospenernte als Abfallstoff an und müssen entsorgt werden.“, erklärt Agrarbiologin Dr. Judit Pfenning.

Nylon, Polyester, Perlon oder Kunststoffflaschen
Wie wertvoll diese Wurzelrübe tatsächlich ist, zeigt Prof. Dr. Andrea Kruse wenige Schritte entfernt in einem Labor des Instituts für Agrartechnik. Im Hintergrund stehen Bleistift-große Rohrreaktoren aus Edelstahl, die mit Häckseln der Chicorée-Wurzelrübe und Wasser befüllt werden. Die ultrastabilen Druckbehälter werden mit verdünnter Säure versetzt und bis zu 200 Grad erhitzt. Das wässrige Produkt wird anschließend in weiteren Schritten aufbereitet, die der Geheimhaltung unterliegen. Am Ende erhält ihr wissenschaftlicher Mitarbeiter Dominik Wüst ein gelb bis braun gefärbtes kristallines Pulver: ungereinigtes Hydroxymethylfurfural (HMF). Es ist eine von 12 Basischemikalien, die zukünftig in der Kunststoffindustrie verwendet werden. Es dient als Ausgangsstoff für Nylon, Perlon, Polyester oder Kunststoffflaschen – sogenannten PEF-Flaschen im Gegensatz zu den PET-Flaschen. Der Wert im Chemikalien-Großhandel liegt aktuell bei 2000 Euro das Kilo.

HMF aus Chicorée als Teil der Bioökonomie
Bisher werden solche Chemikalien aus Erdöl gewonnen. Wie sie sich nachhaltig produzieren lassen, ist eine Fragestellung der Bioökonomie. Denn diese setzt auf Energie und Rohstoffe aus Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen statt weiterhin auf fossile Rohstoffe. In einem früheren Forschungsprojekt gelang es Prof. Dr. Kruse bereits, die Basischemikalie HMF aus Fruchtzucker – sog. Fructose – zu gewinnen. Die Gewinnung aus Chicorée-Wurzelrüben findet sie eleganter. Denn: „Fructose ist essbar. Es gibt bessere Verwendungszwecke als HMF daraus zu gewinnen.“ Anders die Chicorée-Wurzelrübe. „Sie ist bislang nur ein Abfallprodukt.“

Die Herausforderung: Lagerung und Qualität der Wurzelrüben Eine Herausforderung bei dem Projekt: „Nur wenn wir es schaffen, eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten, ist die Wurzel für die Industrie interessant“, erklärt Prof. Dr. Kruse. Deshalb kooperiert die technische Chemikerin mit der Pflanzenwissenschaftlerin Dr. Judit Pfenning vom Fachgebiet Allgemeiner Pflanzenbau. „Die Voraussetzungen sind an sich gut“, erklärt Dr. Pfenning. „auch der Verbraucher, der Chicorée essen will, stellt hohe und einheitliche Qualitätsansprüche an die Chicorée-Salatknospen. Deshalb gelangen nur vergleichsweise einheitliche, höherwertige Wurzelrüben vom Acker in die kommerzielle Wasser-Treiberei.“ Ein weiterer Forschungsaspekt: Wie lassen sich die Wurzelrüben lagern, ohne dass sie an Qualität verlieren. Denn die Chicorée-Produktion ist Saisongeschäft. Die Zulieferer der chemischen Industrie wünschen sich aber eine gleichbleibende Lieferung, um ihre Anlagen kontinuierlich auszulasten. „Es ist ein Projekt, das sich nur durch interdisziplinäre Zusammenarbeit umsetzen lässt“, betonen die Wissenschaftlerinnen. Zum einen die Qualitätskontrollen, Anbau- und Lagerungsversuche im Pflanzenbau, zum anderen die Laborexperimente in der Konversionstechnologie.

HMF aus Chicorée-Wurzelrüben ist hochwertiger als die Chemikalie aus Erdöl
Ein weiterer Aspekt macht das Projekt noch aussichtsreicher: „Die Chicorée-Wurzelrübe eignet sich nicht nur deshalb so gut zur Gewinnung von HMF, weil sie ein Abfallprodukt ist“, betont Prof. Dr. Kruse. „Sie produziert auch eine höherwertige Chemikalie als das Äquivalent aus Erdöl.“ Dadurch könnten PEF-Flaschen aus Chicorée-HMF beispielsweise dünner gezogen werden, als solche aus Erdöl-PET. Das spart Transportkosten und verbessert die Umweltbilanz noch weiter. Ein Teil des Aufkommens an Chicorée-Wurzelrüben wird heute verwendet, um daraus Biogas zu erzeugen. Doch diese Verwendung sei ökonomisch gesehen unterlegen: „Aus ca. 220.000 Wurzelrüben pro Hektar können theoretisch 8,14 Tonnen Inulin gewonnen werden. Das kann nach aktuellem Forschungsstand zu 2,87 Tonnen HMF umgewandelt werden. Über den Verkauf dieser Menge können ca. 5,74 Millionen Euro erzielt werden. Strom aus Biogas dieser Menge Wurzelrüben würde nach EEG jedoch nur rund 21.000 Euro generieren.“

Text: Florian Klebs Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Universität Hohenheim    Bilder: pixabay

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reifer Mais auf dem Feld, Maiskolben

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Oberflächliche Mikrokratzer im Autolack sind harmlos, aber verschandeln die glänzende und makellose Oberfläche von Luxuskarossen. Ein neuer Lack von Saarbrücker Forschern soll nun Abhilfe schaffen: Aus Maisstärke gefertigt ist der Autolack in der Lage, wegen der besonderen Anordnung seiner Moleküle kleine Kratzer selbst zu reparieren. Den neuartigen Lack entwickeln Wissenschaftler der Universität des Saarlandes und des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien gemeinsam.  

Für die netzartige Struktur der neuen Lacke verwenden die Wissenschaftler ringförmige Abkömmlinge der Maisstärke, sogenannte Cyclodextrine. Diese fädeln sie wie Perlen auf mikroskopische Kunststofffäden auf. In den so entstehenden sogenannten Polyrotaxanen sind die Perlen auf dem Faden frei beweglich, und werden durch sperrige Stoppermoleküle am Abfädeln gehindert. Über eine chemische Reaktion werden die Fäden anschließend über die Perlen miteinander vernetzt. „Das entstehende Netzwerk ist beweglich und elastisch wie ein Strumpf“, erklärt Gerhard Wenz, Professor für Organische Makromolekulare Chemie an der Universität des Saarlandes. Nach einem oberflächlichen Lackkratzer kleidet das Material die Lücke wieder aus und der Kratzer verschwindet binnen weniger Tage.

Bild Umweltfreundliche, ringförmige Cyclodextrine aus Maisstärke (grau) bilden die Grundlage des Autolack ...Bild Umweltfreundliche, ringförmige Cyclodextrine aus Maisstärke (grau) bilden die Grundlage des Autolacks der Kratzer von selbst repariert.                                  Quelle: Universität des Saarlandes„Das Besondere an unserem Ansatz ist die gute Umweltverträglichkeit“, betont Professor Wenz. „Die Cyclodextrine sind ein Naturmaterial, welches bereits industriell aus Maisstärke gewonnen wird. Wir wollen die chemischen Reaktionen nur in Lösungsmitteln durchführen, die unbedenklich für die Gesundheit sind.“ Zwar sei das Grundprinzip solcher Lacke schon aus Japan bekannt – sie ließen sich jedoch bislang nur mit teuren Ausgangsmaterialien und hochgiftigen Lösungsmitteln herstellen. „Unser geplantes Herstellungsverfahren soll schlussendlich ein klimafreundliches Produkt ohne Schadstoffemissionen bereitstellen, das auch von der Kostenseite überzeugt“, führt Wenz weiter aus. Für die Anwendung im großen Stil genüge es nicht, kleine Mengen im Labor zu erzeugen. Vielmehr müssen Verfahrenstechniken entwickelt werden, mit denen sich die Lacke in einer Pilotanlage im Kilogrammmaßstab herstellen lassen.

Auch das erfolgreiche Upscaling reicht nicht alleine für eine industrielle Anwendung aus. „Die Lacke müssen die Anforderungen der Automobilindustrie erfüllen. Dazu werden wir umfangreiche Testverfahren durchführen“, sagt Carsten Becker-Willinger, Leiter des Programmbereichs Nanomere am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken. Neben der Entwicklung wirtschaftlicher Applikationsverfahren, wie die Sprühtechnik über Roboter, sind umfangreiche Verkratzungs-, Klima- und Bewitterungstests geplant. Sie sollen den Beweis erbringen, dass die Lacke im Sinne der Automobilhersteller einsetzbar sind und die Kratzer auch wirklich innerhalb weniger Tage ausheilen. Bei all diesen Testreihen werden die üblichen ISO-Richtlinien der Lackindustrie berücksichtigt. „Nur wenn wir diese Normrichtlinien erfüllen, ist eine industrielle Anwendung denkbar“, fasst der Saarbrücker Forscher die geplanten Aktivitäten zusammen.

Hintergrund: Das Forschungsprojekt „Selbstheilende Fahrzeuglacke auf Basis von Cyclodextrin-Polyrotaxanen“ wird im Rahmen der Fördermaßnahme VIP+ mit insgesamt 1,1.Millionen Euro für drei Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Die Fördermaßnahme „VIP+ - Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotenzials“ hat sich zum Ziel gesetzt, die Lücke zwischen ersten Ergebnissen aus der Grundlagenforschung und einer möglichen Anwendung zu schließen. Mit VIP+ werden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Vorhaben von bis zu drei Jahren mit bis zu 1,5 Millionen Euro gefördert.

Text: Dr. Carola Jung Presse- und Öffentlichkeitsarbeit INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH,   Bilder: pixabay,   big merci

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Forscher des Max-Planck-Institutes Stuttgart haben winzige „Mikroroboter“ mit Eigenantrieb entwickelt, die Blei aus kontaminiertem Wasser entfernen oder organische Verschmutzungen abbauen können.
In Zusammenarbeit mit Kollegen in Barcelona und Singapur verwendete die Gruppe von Samuel Sánchez Graphenoxid zur Herstellung ihrer Motoren im Mikromaßstab. Diese können Blei aus Industrieabwasser adsorbieren und so in nur einer Stunde von einem Niveau von 1000 Teile pro Milliarde bis auf unter 50 Teile pro Milliarde reduzieren. Das Blei kann später zum Recycling entnommen und die Mikromotoren können immer wieder verwendet werden.

FischeRevolutionärer schadstofffreier Antrieb
„Die Außenhülle des Mikroroboters, welche aus Graphen besteht, fängt das Blei ein”, sagt Sanchez, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart und am Institute for Bio-Engineering of Catalonia (IBEC) in Barcelona. „Die innere Platinschicht funktioniert als Antrieb und zerfallendes Wasserstoffperoxid als Treibstoff, sodass der Roboter sich selbst antreiben kann.“ Wenn Wasserstoffperoxid dem Abwasser zugesetzt wird, zersetzt das Platin es zu harmlosem Wasser und Sauerstoffblasen, welche von der Rückseite des Mikroroboters zu dessen Antrieb ausgestoßen werden. „Es ist wichtig, ein System zur Schadstoffbeseitigung zu verwenden, welches keine zusätzliche Verschmutzung erzeugt“, erklärt Sanchez.
Zwischen dem Graphenoxid und den Platinschichten befindet sich eine Nickel-Schicht, welche es den Forschern ermöglicht, die Bewegung und Richtung des Mikroroboters magnetisch von außen zu steuern. „Ein Magnetfeld kann verwendet werden, um sie alle aus dem Wasser zu sammeln, wenn sie fertig sind“, sagt Sanchez. „Zukünftig könnten unsere Mikroroboter-Schwärme durch ein automatisiertes System gesteuert werden, welches sie mittels Magneten dazu bringt, verschiedene Aufgaben zu erfüllen.“

Winzige schwimmende Roboter reinigen das Wasser
Schwermetall-Kontaminierungen im Wasser – durch Blei, Arsen, Quecksilber und andere Metalle – entstehen durch Aktivitäten der Industrie und stellen ein großes Risiko für die öffentliche Gesundheit sowie für die Tierwelt dar. Diese neuen Mikroroboter – jeder davon ist kleiner als ein menschliches Haar breit ist – bieten eine Lösung, die potenziell schneller und günstiger als aktuelle Methoden der Wasserreinigung sind. Zudem sind sie umweltfreundlich: Sie ermöglichen den verantwortungsvollen Umgang mit den gesammelten Schadstoffen, da das Blei danach zum Recycling genutzt werden kann. Außerdem sind sie selbst wiederverwendbar.
Neben dem Abfangen von Schwermetallverunreinigungen studierten die Forscher auch selbst-angetriebene Microbots, die in der Lage sind organische Verschmutzungen abzubauen. Diese Microbots können nach deren Einsatz wiederhergestellt und ohne Wirkverlust für wiederholte Anwendungen für einen Zeitraum von bis zu 5 Wochen eingesetzt werden.

„Wir planen nun, unsere Mikroroboter weiterzuentwickeln, sodass sie auch andere Schadstoffe sammeln können. Auch werden wir an der Senkung der Kosten für ihre Herstellung sowie daran arbeiten, sie in großen Mengen herstellen zu können“, sagt Sanchez, der auch an Mikro- und Nanorobotern mit Eigenantrieb für Anwendungen wie etwa der Verabreichung von Medikamenten arbeitet.  

Text Annette Stumpf und Beitragsbild  Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme   sonstige Bilder pixabay, big merci

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