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Wissenswertes rund um Kunststoff und Kautschuk

Kunststoff und Kautschuk begegnen uns überall im Alltag. Entdecken Sie spannende Geschichten, überraschende Fakten und interessante Hintergründe – von historischen Entwicklungen und bekannten Produkten bis hin zu wichtigen Persönlichkeiten und Innovationen der Branche.

Beiträge (471)

  • Ultrahochauflösende Displays: Schaltmechanismus bei plasmonischen Pixeln auf Magnesium-Basis entschlüsselt

    Filme und Fotos mit immer höheren Auflösungen und besserem Kontrast erlauben heute lebensnahe Eindrücke und virtuelle Welten. Die aktuellen Display- und Projektionstechnologien können dieses Potential jedoch noch nicht ausschöpfen, da ihre individuellen Pixel zu groß sind und sie daher die erforderlichen Auflösungen nicht erreichen. Physikern der Universität Stuttgart ist es nun erstmals gelungen, Schaltprozesse mit bisher unerreichter Nanometerauflösung zu vermessen und so die Grundlage für völlig neuartige, ultrahochauflösende Displays zu schaffen. Die Zeitschrift Science Advances berichtet in ihrer Ausgabe vom 8. Mai 2020 über die bahnbrechenden Resultate. Wie man die Größe der „Farbkleckse“ reduzieren und die Auflösungen erhöhen kann, wird auf der ganzen Welt intensiv erforscht. Ein besonders aussichtsreicher Ansatz findet sich im Bereich der Nanoplasmonik. Dabei werden die optischen Streueigenschaften nanometer-großer metallischer Partikel genutzt – also deren Fähigkeit, brillante und reine Farben zu erzeugen. Durch einfache Größenvariationen solcher Partikel können Farben im gesamten sichtbaren Spektrum und darüber hinaus erzeugt werden. Diese gestreuten Farben können sogar manipuliert und gesteuert werden, indem man Phasenübergangsmaterialien nutzt. Kombiniert man diese Ideen, lassen sich plasmonische Pixel von Nanometergröße realisieren, deren Farben ein- und ausgeschaltet werden können. Visualisierung der nanoskaligen Oberfläche von Magnesium überlagert mit einer gleichzeitig vermessenen optischen Phasenkarte. Das hierfür vermutlich vielversprechendste Phasenübergangsmaterial ist Magnesium. Dieses auf der Erde in großen Mengen vorkommende Metall kann mit Hilfe von Wasserstoff zu einem dielektrischen Isolator geschaltet werden, also von einem farbig erscheinenden zu einem durchsichtigen Partikel. Dieser extreme optische Materialkontrast macht Magnesium zu einem idealen Kandidaten für optisch aktive und schaltbare Systeme wie dynamische Holographie, plasmonische Farbdisplays oder schaltbare Metamaterialien. Bisher wird die Nutzung von Magnesium in technologischen Anwendungen jedoch dadurch behindert, dass man die Prozesse auf der Nanoskala noch nicht versteht. Am Phasenübergang vom metallischen Magnesium zu dielektrischem Magnesiumhydrid kommt es nämlich zu einer starken Ausdehnung des Volumens und zur Ausbildung von sogenannten Diffusionsbarrieren. Dies sind Regionen, die das weitere Schalten behindern, verlangsamen oder sogar unterbinden. Schaltprozesse mit bisher unerreichter Nanometerauflösung vermessen n-situ Dynamik der Magnesiumhydrid-Bildung in Magnesium mit Nanometer-Auflösung, gemessen mit streuungssensitiver optischer Raster-Nahfeld Mikroskopie. Einem Forscherteam unter Leitung von Prof. Harald Gießen am 4. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist es nun erstmals gelungen, diese Schaltprozesse mit bisher unerreichter Nanometerauflösung zu vermessen. Die Forscher konnten so den Einfluss der nanoskaligen Morphologie (Gestalt) auf den Schaltprozess detailliert analysieren und erklären. Doktorand Julian Karst verwendete in seinem Experiment freitragende Magnesiumfilme in Kombination mit Raster-Nahfeld Mikroskopie, um die Wasserstoff-Diffusionsprozesse in Echtzeit abzubilden. Seine Messungen mit Nanometer-Auflösung zeigen einen starken Einfluss der Material-Morphologie auf den optischen Schaltmechanismus und zeigen Strategien auf, um die Materialeigenschaften signifikant zu verbessern. 3D holographische VR-Brille rückt näher „Wir sind davon überzeugt, dass die veröffentlichte Arbeit einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung hochleistungsfähiger optischer Bauelemente mit nanometergroßen Pixeln leisten wird“, betont Prof. Harald Gießen. Der Leiter der Studie sieht darüber hinaus weitere wichtige Implikationen, da Magnesium als Wasserstoffspeicher genutzt wird. Die Speichereffizienz dieser Medien wird vom tieferen Verständnis der Diffusionsprozesse auf der Nanometerskala profitieren können. Damit könnten Visionen wie 3D holographische VR-Brillen schon in wenigen Jahren Wirklichkeit werden. Referenz J. Karst, F. Sterl, H. Linnenbank, T. Weiss, M. Hentschel, H. Giessen: Watching in situ the hydrogen diffusion dynamics in magnesium on the nanoscale, Sci. Adv. 6, eaaz0566 (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aaz0566, https://advances.sciencemag.org/content/6/19/eaaz0566

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  • Zum Zerreißen gespannt

    Ein Riss im Sneaker, ein geplatzter Reifen – Materialermüdung ist ein alltägliches Phänomen und tritt immer zur Unzeit auf. Oftmals sorgt das nur für Ärger, zuweilen kann es aber auch tödliche Folgen haben. Doch während das Phänomen bei synthetischen Materialien inzwischen gut erforscht ist, liegen die Gründe für Ermüdungserscheinungen im Gewebe von Säugetieren noch weitgehend im Dunkeln. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Heidelberger Instituts für Theoretische Studien (HITS) konnte nun nachweisen, welche negativen Auswirkungen mechanische Belastung auf Kollagengewebe hat. Die Ergebnisse der Studie können wichtige Impulse für Materialforschung und Biomedizin liefern. Es ist seit langem bekannt, dass synthetische Polymere unter mechanischer Belastung sogenannte Mechanoradikale bilden, die durch den Bruch chemischer Bindungen entstehen. Aber werden diese schädlichen und hochreaktiven Radikale auch in Gewebe erzeugt, das einer starken Belastung ausgesetzt ist? Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Forschungsgruppe “Molekulare Biomechanik” am HITS gingen dieser Frage am Beispiel von Kollagen nach, dem Protein, das uns im wahrsten Sinne des Wortes im Innersten zusammenhält, indem es unserem Bindegewebe in Knochen, Bändern und Haut strukturelle und mechanische Stabilität verleiht. “In dieser Rolle ist es fortwährender mechanischer Belastung ausgesetzt und somit der perfekte Kandidat für unsere Studie”, so Frauke Gräter, Forschungsleiterin am HITS. Zusammen mit Kollegen aus Homburg, Frankfurt und Seattle zeigte ihr Team in einer Reihe speziell entwickelter Experimente, dass Kollagen unter exzessiver mechanischer Belastung Radikale produziert. Diese Erkenntnis war insofern entscheidend, als Radikale dafür bekannt sind, im Körper Schäden und oxidativen Stress hervorzurufen. “Wir konnten die Sehne eines Rattenschwanzes gleichzeitig in die Länge ziehen und mithilfe des Elektronenspinresonanz-Verfahrens messen. Dadurch war es möglich die Radikale, die beim Ziehen entstehen, zu quantifizieren.”, erläutert Christopher Zapp, Doktorand in Gräters Team, den Versuchsaufbau. Zusätzlich durchgeführte Molekulardynamik-Simulationen einer Kollagenfibrille, bestehend aus Millionen von Atomen, bestätigten die Ergebnisse: Chemische Verbindungen brechen, wenn Kollagen gedehnt wird. Die entstehenden schädlichen Radikale werden jedoch umgehend von benachbarten aromatischen Seitenketten abgefangen. “Wir haben in Kollagen nicht nur stabile Radikale gefunden, sondern auch modifizierte Seitenketten, sogenannte DOPAs. Diese Modifikation schützt die Kollagenstruktur vor weiteren Schäden.” Die DOPA-Radikale schließlich werden in Wasserstoffperoxid umgewandelt, einem wichtigen Signalmolekül im Körper. Daraus folgt, dass Kollagen nicht nur die Kräfte überträgt, sondern auch die daraus entstehenden Konsequenzen steuern kann. “Es war eine Herausforderung, die eigenartigen Radikalsignale in dem gedehnten Biomaterial richtig zu deuten”, fügt Reinhard Kappl von der Abteilung für Biophysik der Universität des Saarlandes und Mitautor der Studie hinzu. “Für ein vollständiges Bild bedurfte es der gebündelten Expertise verschiedener Forschungsgruppen.” Die Resultate legen nahe, dass Kollagen sich im Körper zu einer Art „Radikalschwamm“ entwickelt hat. “Unsere Studie zeigt, dass Kollagen sich selbst vor Radikalen schützt. Wird dieser Mechanismus jedoch überdehnt, kann es zu oxidationsbedingten Schädigungen kommen, von Schmerzen bis hin zu Entzündungen”, fasst Agnieszka Obarska-Kosinska vom HITS zusammen. Die Ergebnisse könnten nicht nur eine Erklärung dafür liefern, warum Fußballspielen zuweilen sehr schmerzhaft sein kann, sie liefern auch vielversprechende Ansätze für eine bessere Regeneration und Transplantation von Gewebe, zum Beispiel in der Sportmedizin. Referenz Zapp et al., Mechanoradicals in tensed tendon collagen as a source of oxidative stress, Nature Communications 11 (2020), https://www.nature.com/articles/s41467-020-15567-4

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  • Polymere in der Medizin: Gefäßverengungen behandeln oder nicht

    Die glatte Muskulatur beeinflusst aktiv das Verhalten von Arterien. Dieses Verhalten lässt sich anhand von Simulationen eines Herzschlags analysieren. Abbildung: Roberto Schirdewahn Wenn sich in Arterien Ablagerungen gebildet haben, die das Blutgefäß zu verschließen drohen oder sich lösen und kleinere Gefäße verstopfen könnten, stehen Medizinerinnen und Mediziner vor der Frage, ob und wie sie eingreifen sollten. Methoden wie die Ballondilatation sind nicht ohne Risiko. Die Teams der Mechaniker Prof. Dr. Daniel Balzani und Prof. Dr. Klaus Hackl an der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Ruhr-Universität Bochum (RUB) arbeiten daran, die Eigenschaften von Blutgefäßen so exakt zu modellieren, dass eine Vorhersage des Risikos möglich wird. Das könnte eine Entscheidungshilfe im klinischen Alltag bedeuten. Bei der Ballondilatation wird von der Leiste des Patienten oder der Patientin durch einen Katheter ein kleiner Ballon bis zur verkalkten Stelle der Arterie vorgeschoben und dort mit Druck aufgeblasen. Dadurch erweitert sich das Gefäß, und das Blut kann wieder fließen. Ist der Druck allerdings zu hoch, wird das Blutgefäß zu weit aufgedehnt und der Plaque kann einreißen. Oder es kommt zu so starken Verletzungen der Gefäßwand, dass es später Komplikationen gibt. Um solche Vorkommnisse vorhersehen und vermeiden zu können, stellen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aufwändige Berechnungen an. Sie simulieren das Verhalten elastischer Gewebe wie Blutgefäße. Daniel Balzani und sein Team konzentrieren sich dabei darauf, das Risiko für mögliche Schädigungen vorab zu berechnen. Die Berechnung eines solchen Risikos ist allerdings alles andere als einfach. Optimales Material wachsen lassen Hier werden die dreidimensionalen Verformungen auf der Oberfläche eines dünnen Testobjekts aus Gummi gemessen. Abbildung: Roberto Schirdewahn Neben der verschiedenen Orientierung von Fasern des Gefäßes müssen viele andere Effekte bei Simulationen berücksichtigt werden, zum Beispiel die Elastizität der Gefäßwand, die Eigenspannung in der Arterie, die Aktivität der glatten Muskelzellen, die das Gefäß umgeben und seinen Durchmesser aktiv beeinflussen, und die Schädigungen bei einer möglichen Überdehnung des Gefäßes. Ganz zu schweigen von der Beschaffenheit der Plaques, die für die Verengung von Blutgefäßen verantwortlich sind. Die Ingenieure setzen bei ihren Berechnungen darauf, dass sich die Strukturen jeweils angepasst an die jeweilige Belastung entwickeln, ganz ähnlich wie sich Muskeln bei stetiger Beanspruchung verdicken. „Mit diesen Informationen können wir sozusagen das optimal passende Material in der Simulation wachsen lassen“, erklärt Balzani. Für jede Gefäßeigenschaft entwickeln die Ingenieure einen eigenen Algorithmus. Schließlich müssen sie alle miteinander gekoppelt und alles zeitgleich berechnet werden. „Ganz so weit sind wir noch nicht“, schränkt Daniel Balzani ein. Einzelne Kombinationen sind jedoch schon umgesetzt. Für die Berechnung dieser miteinander verschränkten Algorithmen müssen Großrechner ran. „Selbst die brauchen einige Tage für die Berechnung zweier Herzschläge“, sagt Balzani. Auch Klaus Hackl arbeitet mit seinem Team daran, den Erfolg einer möglichen Ballondilatation vorherzusagen. Sein Hauptaugenmerk liegt dabei jedoch auf der Computersimulation der Heilung verletzter Gefäße. Den ausführlichen Bericht per Mausklick lesen

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  • Zusammenspiel in Mikrosystemen verbessern

    Sie steuern Ventile, verstellen Klappen oder regeln Flüssigkeitsströme: Als Antriebselemente übernehmen Aktuatoren zentrale Funktionen in der Regelungstechnik zum Beispiel von Flugzeugen oder Autos. Das Prinzip dahinter – Signale in mechanische Bewegungen umzusetzen – kommt auch im kleinen Maßstab zum Einsatz, zum Beispiel in der Mikroelektronik. Wie sich die Funktion dieser Steuerelemente auf kleinem Raum noch optimieren lässt, untersuchen Materialwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Sie wollen unter anderem das Zusammenspiel mehrerer Aktuatoren auf der Mikroebene verbessern und den Einsatz neuer Materialien testen. Ihre Forschung ist Teil des Schwerpunktprogramms (SPP) 2206 „Kooperative mehrstufige multistabile Mikroaktorsysteme“ (KOMMMA) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Bundesweit sind 14 Hochschulen und Forschungseinrichtungen an dem interdisziplinären Forschungsvorhaben zu Mikro-Aktuatoren beteiligt. Zwei der insgesamt elf Teilprojekte und damit rund 900.000 Euro gehen an den Kieler Forschungsstandort. Sensoren sind in der Mikrosystemtechnik bereits gut erforscht – anders als ihr Gegenstück, die Aktuatoren. Während Sensoren Informationen erfassen und als Signale weitergeben, setzen Aktuatoren diese Befehle in mechanische Bewegungen um und können auf diese Weise Systeme steuern. Werden jedoch insbesondere auf kleinstem Raum mehrere Aktuatoren eingesetzt, kommt es zu zahlreichen Wechselwirkungen, die das ganze System beeinflussen und eine gezielte Kontrolle erschweren. „Das Schwerpunktprogramm der DFG ermöglicht es uns, die bisher kaum untersuchten Mikro-Aktuatorensysteme gemeinsam mit Expertinnen und Experten verschiedener Disziplinen bundesweit zu erforschen und damit einen großen Schritt voranzubringen“, freut sich Eckhard Quandt, CAU-Professor für Anorganische Funktionsmaterialien, der als Mitglied des Programmkomitees die inhaltliche Ausrichtung des SPP 2206 mitbestimmt. Die Koordination liegt bei Professor Manfred Kohl vom Institut für Mikrostrukturtechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Aktuatoren aus Formgedächtnislegierungen miniaturisieren Im Rahmen des SPP führt Quandt gemeinsam mit Kohl und Stephan Wulfinghoff, Professor für Computational Materials Science an der CAU, das Projekt „Kooperative Aktorsysteme für Nanomechanik und Nanophotonik“ durch. Das Team erforscht dafür sogenannte Formgedächtnislegierungen, die sich nach einer Verformung an ihren Ausgangszustand „erinnern“ und in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Auch nach langer Einsatzdauer zeigen sie keine Ermüdungserscheinungen. Auf der Mikro- oder Nanoebene wird der Formgedächtnis-Effekt jedoch schwächer, was eine Verkleinerung von Mikrosystemen erschwert. Um solche miniaturisierten Anwendungen zu verbessern, will das Forschungsteam spezielle, besonders dünne Schichten aus Formgedächtnislegierungen für den Bau von Nano-Aktuatoren herstellen. Sie erhoffen sich, so mehr Aktuatoren auf einer kleineren Fläche anordnen zu können, um Platz und Energie zu sparen. Da im Zusammenspiel der verschiedenen Aktuatoren und Materialien zahlreiche und teilweise unbekannte Wechselwirkungen entstehen, simuliert das Forschungsteam unterschiedliche Modelle vorab, um sie anschließend im Kieler Nanolabor zu realisieren. „Der kleine Maßstab und die komplexen Wechselwirkungen machen diese Berechnungen sehr aufwendig. Maßgeschneiderte Simulationsmethoden zu entwickeln, ist daher ein weiteres Ziel unseres Projektes“, erklärt Wulfinghoff. Schaltbare Hydrogele gezielt steuern Im zweiten Projekt mit Kieler Beteiligung erforscht Christine Selhuber-Unkel, CAU-Professorin für Biokompatible Nanomaterialien, Mikroaktuatoren aus schaltbaren Hydrogelen. Diese wasserenthaltenden Polymere ändern ihre Form, wenn sie Hitze oder Licht ausgesetzt sind. Das Projekt „Schaltbare, bistabile Mikroaktuatorsysteme aus stimuli-responsiven Polymeren“ führt sie zusammen mit Anne Staubitz, Professorin für Organische Funktionsmaterialien an der Universität Bremen, durch. Erste, sehr einfache Mikroaktuatoren auf Hydrogelbasis existieren bereits. Weiterentwickelte Systeme könnten in Zukunft für medizinische Anwendungen eingesetzt werden, um zum Beispiel Flüssigkeiten im Mikromaßstab zu steuern oder in der Diagnostik Zellen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu sortieren. Um solche komplexen Anwendungen zu ermöglichen, will Selhuber-Unkel maßgeschneiderte Hydrogele entwickeln, die auf verschiedene Impulse reagieren können. Dazu plant sie, wärmeempfindliche Polymere mit lichtschaltbaren Molekülen zu ergänzen. „Wir erhoffen uns, die einzelnen Mikroaktuatoren mit Licht deutlich gezielter kontrollieren zu können und so die Funktionalität des gesamten Systems zu verbessern“, sagt Selhuber-Unkel. Am Ende soll ein System aus Mikroaktuatoren mit unterschiedlicher Form und Gestalt stehen, das – im Gegensatz zu aktuell verfügbaren Zellsortiersystemen – dynamisch gesteuert werden kann. So ließe sich eine Vielzahl von Zellparametern mit einem einzigen System analysieren. Mit den Schwerpunktprogrammen (SPP) will die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) die Wissenschaft in besonders aktuellen oder sich gerade bildenden Forschungsgebieten gezielt fördern. Durch die bundesweite Bündelung von Kompetenzen verschiedener Forschungseinrichtungen und Hochschulen erhofft sich die DFG spürbare interdisziplinäre Impulse in der Weiterentwicklung zentraler Themen.

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  • Biologie trifft Technik: gut vernetzt für innovative Ansätze

    Eine biobasierte und nachhaltige Wirtschaft braucht neue Technologien. Die neue Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) „Zukunftstechnologien für die industrielle Bioökonomie“ fördert diese. Der Projektträger Jülich (PtJ) betreut die Ausschreibung und hat dafür jetzt die Vernetzungsplattform „PtJ Partnering Tool“ für Forschende entwickelt. Bei der Entwicklung zukunftsweisender Technologien für die industrielle Bioökonomie kommt der Verknüpfung der Biotechnologie mit anderen aktuellen Spitzentechnologien wie der Nanotechnologie, der Künstlichen Intelligenz, der Robotik, der Informatik oder den Ingenieurswissenschaften eine besondere Bedeutung zu. Synergien und Schnittstellen zu nutzen, ist daher ein wichtiger Ansatzpunkt der Förderung. Gefragt sind kreative Ideen und Forschungskonsortien, die das Wissen unterschiedlicher Technologiebereiche vereinen. Die passenden Partner für solche interdisziplinären Konsortien zu finden, ist eine besondere Herausforderung. Das neue PtJ Partnering Tool unterstützt online und kostenlos bei der Suche nach neuen Kooperationspartnern. In Kombination mit der BMBF-Fördermaßnahme bietet es beste Voraussetzungen für die gemeinsame Entwicklung innovativer Ideen. Hier geht es zur Fördermaßnahme und zum Tool ... Kreative Ansätze und interdisziplinäre Kooperationen Neuartige Technologien sollen dazu beitragen, bestehende Produktionsprozesse in der industriellen Bioökonomie zu optimieren oder gänzlich neue Verfahrenskonzepte zu etablieren. Kostengünstige, effektive und nachhaltige Bioprozesse bieten ein hohes Innovationspotenzial und liefern auch Anreize, die Bioökonomie verstärkt in verschiedenen Wirtschaftsbereichen zu verankern. Bereits heute werden biobasierte Verfahren genutzt, um neue Medikamente, Chemikalien, Nahrungsmittelzusatzstoffe oder Materialien nachhaltig zu produzieren. Doch das Potenzial der industriellen Bioökonomie ist noch lange nicht erschöpft. Um die Entwicklung von cutting edge-Technologien breit zu fördern, plant das BMBF unter dem Titel „Zukunftstechnologien für die industrielle Bioökonomie“ die Veröffentlichung einer Fördermaßnahmenreihe, die sich unterschiedlichen thematischen Schwerpunkten widmen wird. Biohybride Technologien für die industrielle Bioökonomie Die aktuelle Bekanntmachung zu den „Zukunftstechnologien für die industrielle Bioökonomie“ konzentriert sich auf die Entwicklung innovativer biohybrider Technologien. Neue Produkte und Verfahren sollen aus der Verbindung biologischer Komponenten wie Nukleinsäuren, Proteine, Peptide oder ganzen Zellen mit technischen Komponenten wie Polymeren, Oberflächen oder weiteren Materialien entstehen. Interessante Ansätze sind z.B. im Bereich neuer Verfahren für die Biokatalyse, der Bioanalytik, im Bereich neuartige Biosensorkonzepte und im Bereich innovativer Verfahrenskonzepte wie der Elektrobiotechnologie oder der künstlichen Photosynthese denkbar. Letztere bieten die Möglichkeit, Chemikalien auf der Grundlage von Kohlendioxid zu produzieren. Das ist doppelt klimafreundlich, denn klimaschädliches CO2 wird gebunden und die Energie kommt aus erneuerbaren Quellen. Forschende können ab sofort das PtJ Partnering Tool nutzen und nach den passenden Kooperationspartnern für diese BMBF Fördermaßnahme suchen. Zur aktuellen Förderbekanntmachung können noch bis zum 3. August 2020 Projektideen eingereicht werden.

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  • Künstliche Antikörper nutzen viralen Fußabdruck - synthetische Rezeptoren aus molekular geprägten Polymeren

    Die Schemagrafik zeigt die molekulare Prägung eines Polymers mit Hilfe von Virenpartikeln und das anschließende Wiederbinden dieser Viren. Grafik: Institut für Analytische und Bioanalytische Chemie der Universität Ulm Erstmals gelang es einem Ulmer Forscherteam mit Hilfe eines besonderen Mikroskopieverfahrens zu visualisieren, wie Viren an molekular geprägte Rezeptorpolymere andocken. Mit dieser Technik lassen sich künstliche Antikörper herstellen, die möglicherweise auch für den diagnostischen Nachweis des neuen Coronavirus (SARS-CoV-2) eingesetzt werden können. Viren werden in der Regel mit Hilfe spezifischer biologischer Antikörper nachgewiesen. Mittlerweile lassen sich aber auch synthetische Rezeptormaterialien herstellen, die Viren selektiv binden können. Dafür wird an der Oberfläche von Polymerpartikeln ein ‚chemischer Abdruck‘ des Virus erzeugt, der die exklusive Bindung dieses Erregers ermöglicht. Erstmals gelang es nun einem Ulmer Forscherteam mit Hilfe eines hochauflösenden Mikroskopieverfahrens tatsächlich zu zeigen, wie Viren an solche molekular geprägten Rezeptorpolymere andocken. Diese hochselektiven künstlichen Antikörper können möglicherweise auch für den diagnostischen Nachweis des neuen Coronavirus (SARS-CoV-2) eingesetzt werden. Schon länger ist bekannt, dass man auf Polymer-Basis künstliche Antikörper herstellen kann, die selektiv bestimmte Viren binden. Dafür wird die Oberfläche von Mikro- oder Nanopartikeln einer sogenannten molekularen Prägung unterzogen. „Beim ‚molecular imprinting‘, wird das Rezeptormaterial mit dem spezifischen ‚Fußabdruck‘ eines Virus versehen. Dieser sorgt dafür, dass kein anderer Virus an dieser Stelle andocken kann“, erklärt Professor Boris Mizaikoff, der mit seiner Arbeitsgruppe zur molekularen Prägung forscht. Der Leiter des Institutes für Analytische und Bioanalytische Chemie ist Koordinator der Studie, die in der renommierten Fachzeitschrift Analytical Chemistry veröffentlicht wurde. Das Besondere an der Untersuchung: zum allerersten Mal ist es gelungen, die erneute Bindung des Virus an den künstlichen Antikörper nicht nur chemisch nachzuweisen, sondern auch zu visualisieren. Die höchstauflösende Abbildung von molekularen Strukturen ist eine Spezialität der Arbeitsgruppe von Professor Jens Michaelis. Der Leiter des Instituts für Biophysik hat hierfür ein spezielles superauflösendes Bildgebungsverfahren zum Einsatz gebracht, das Aufnahmen mit höchster räumlicher Auflösung ermöglicht: die sogenannte STED-Mikroskopie. Bei der „Stimulated Emission Depletion“, so die Ausschreibung der Abkürzung, konnten mit Hilfe spezieller Fluoreszenzfarbstoffe einzelne Viruspartikel sichtbar gemacht werden. Auf der anderen Seite haben die STED-Aufnahmen auch gezeigt, dass die Viren an nicht geprägte Polymer-Partikel nur sehr selten binden. „Auch dieses Ergebnis konnte in der Studie erstmals visuell bestätigt werden“, sagt Michaelis. Die molekulare Prägung ist ein biotechnologisch und pharmazeutisch hochrelevantes Verfahren, um selektive Bindungsmaterialien maßgeschneidert herstellen zu können. „Das Besondere daran: Wir können damit künstliche Antikörper im Chemielabor herstellen und zwar in vielen Fällen, ohne dass dafür infektiöses Material notwendig ist“, so Mizaikoff. Denn in der Regel reicht es aus, ein häufig vorkommendes Protein aus der Virushülle als Templat, das heißt als ‚chemische Druckvorlage‘, zu verwenden. Auch von Vorteil: das Verfahren ist hochskalierbar, bietet sich also auch für die Produktion im industriellen Umfang an. Für das Projekt haben die Ulmer Forschenden mit dem regionalen Biotechnologieunternehmen Labor Dr. Merk & Kollegen GmbH in Ochsenhausen zusammengearbeitet. „Die Kooperation war sehr fruchtbar, hat uns das Unternehmen doch dabei unterstützt, konkrete Anwendungsfragen zu bearbeiten und Einsatzpotenziale zu sondieren“, so die Forscher. So eignen sich künstliche Antikörper für eine Vielzahl analytischer Verfahren. Durch die Fähigkeit zur selektiven Erkennung können molekular geprägte Polymere beispielsweise zur An- und Abreicherung viraler Substanzen eingesetzt werden. Auch im Kontext von Diagnostik- und Nachweisverfahren sowie bei der Entwicklung und Herstellung von Impfstoffen kann das „molecular imprinting“ wertvolle Dienste leisten. Nicht zuletzt wird die Corona-Pandemie neue Wege zum Nachweis von SARS-CoV-2 forcieren, und auch andere Viren kann man damit aufspüren. Warum ist die Ulmer Studie wissenschaftlich so bedeutsam? „Das Forschungsgebiet der molekular geprägten Materialien ist nach wie vor nicht unumstritten, vor allem was die Kontrolle des Prägeprozesses und die Qualität der Rezeptormaterialien betrifft“, sagt Chemiker Boris Mizaikoff. Daher sei es immens wichtig, dieses komplexe Verfahren der Oberflächenmodifikation rational nachvollziehbar und reproduzierbar zu machen. „Ich denke, mit dieser Veröffentlichung ist uns dieser Nachweis eindrucksvoll gelungen“, sind sich die beiden Naturwissenschaftler einig. Die Fachzeitschrift Analytical Chemistry wird von der American Chemical Society herausgegeben und gilt als das höchstrangigste Fachjournal auf dem Gebiet der analytischen Chemie. Die Herausgeber haben dem Ulmer Forschungsprojekt aufgrund der thematischen Aktualität und Bedeutung das Titelblatt der entsprechenden Journal-Ausgabe gewidmet. Gefördert wurde die Studie vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Projektes PROTSCAV II. Referenz Manuela Gast, Fanny Wondany, Bastian Raabe, Jens Michaelis, Harald Sobek, and Boris Mizaikoff: Use of Super-Resolution Optical Microscopy To Reveal Direct Virus Binding at Hybrid Core−Shell Matrixes, in: Analytical Chemistry 2020, 92, 3050-3057; https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b04328

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  • Wissenschaftlerin der TU Hamburg forscht an regionalem Kunststoffrecycling

    Caterina Picuno ist Doktorandin am Institut für Umwelttechnik und Ener-giewirtschaft an der TU Hamburg. Als Expertin für Abfallwirtschaft wünscht sie sich eine Zukunft, in der nur das Nötigste mit Kunststoff verpackt wird und sich die weltweiten Abfallmengen drastisch reduzieren. Bis dieser Wunsch in Erfüllung geht, setzt sich Picuno mit der Wiederverwertbarkeit von Plastikmüll auseinander. Dafür arbeitet die junge, aus Apulien stammende Wissenschaftlerin an einem Recycling-Projekt, das die Kreislaufwirtschaft von Plastik in Hamburg schließen soll. In Deutschland landen jährlich pro Einwohner rund 38,5 Kilogramm an Kunststoffverpackungen im Müll. Das liegt deutlich über dem EU-Durchschnitt. Nur die Hälfte dieser Abfälle wird recycelt. „Es gibt sieben unterschiedliche Sorten von Plastik. So weist ein Joghurtbecher andere Polymer-Eigenschaften auf, als eine Shampoo-Hülle oder eine Trinkfla-sche. Oft finden sich allein an einer Verpackung mehrere unterschiedliche Polymere. Denken wir beispielsweise an Verschlussdeckel oder aufgeklebte Labels. Diese Vielfalt erschwert das Recycling und ist Grund für kostenintensive Müllsortierungen und aufwendige Trennverfahren“, erklärt die TU-Wissenschaftlerin die aktuelle Ausgangslage. Um dem entgegenzuwirken, ist Caterina Picuno Mitarbeiterin der Arbeits-gruppe „Polymer Recycling Lab - PReLab“ an der TU Hamburg geworden. In ihrer Doktorarbeit beschäftigt sie sich seit 2017 mit der Kreislaufwirtschaft von Kunststoffverpackungen, besonders aus dem Polymer Polyehtylen, kurz PE. „Ziel des Projekts ist es, PE möglichst effizient und regional wiederzuverwerten. Das geht nur, wenn man von der Produktion der Verpackung, über den Verkauf, bis hin zur Entsorgung alle Interessensgruppen im Blick hat und das am besten vor der eigenen Haustür“, erklärt Picuno ihre Arbeit. So sind an dem TU-Projekt ausschließlich Hamburger Unternehmen, wie der Produzent Unilever, der Einzelhandel Budnikowsky, die Hamburger Stadtreinigung sowie das Abfallentsorgungs-Unternehmen Veolia beteiligt. Der Lebenszyklus von Kunststoff Entscheidend für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft ist die Qualität von recyceltem PE. Neben technischen Gegebenheiten, wie Weichma-chern, Stabilisatoren oder auch Füllstoffen, kommt es dabei auch auf äußere Merkmale an. Während für den Produzenten der Geruch des recycelten Materials ausschlaggebend sein kann, wirken dunkle Verpackungen auf den Konsumenten vermeintlich umweltschädlicher als helle. Auf dieser Basis hat die TU-Wissenschaftlerin in Absprache mit der Hamburger Stadtreinigung, dem Produzenten Unilever sowie dem Einzelhandel Budnikowsky Richtlinien für innere und äußere Eigenschaften von PE entwickelt. Von diesen Richtlinien profitiert im zweiten Schritt das Abfallentsorgungs-Unternehmen Veolia. Denn Plastikmüll mit gleichen Inhaltsstoffen und Farbpigmenten lässt sich hochwertiger recyceln. Das bringt wiederum Unilever Vorteile, da diese künftig auf recyceltes Material zurückgreifen können, das alle Qualitätsstandards erfüllt. Im Herbst 2020 zahlt sich die intensive Arbeit des Projekts aus und im Einzelhandel erscheint erstmalig ein Produkt, das zu 100 Prozent aus Hamburger Verpackungsmüll recycelt ist. „Damit haben wir ein regionales und nachhaltiges Vorgehen im Umgang mit PE-Verpackungen geschaffen“, freut sich Caterina Picuno. „Das Erreichte macht mich als Wissenschaftlerin sehr stolz. Für die Zukunft wünsche ich mir allerdings einen reduzierten und bewussten Einsatz von Plastik, sodass Recycling keine dauerhafte Lösung bleiben muss“, sagt die Wissenschaftlerin.

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  • Nockenwellenmodul aus Kunststoff senkt Co2-Emissionen

    Das Nockenwellenmodul ist durch eine monolithische Bauweise mit integrierten Lagern gekennzeichnet. Bild: Fraunhofer ICT Kunststoff im Auto reduziert das Gewicht. Doch Nockenwellenmodule als ein wichtiger Bestandteil des Antriebsstrangs werden bis dato noch immer aus Aluminium gefertigt. Einem Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT ist es jetzt gemeinsam mit Partnern gelungen, ein Nockenwellenmodul aus faserverstärkten Duromeren herzustellen. Das Leichtbauelement trägt zur Reduktion des Motorgewichts bei und senkt die Montagekosten. Es liegt derzeit als funktionsfähiger Demonstrator vor. Nockenwellen sorgen im Verbrennungsmotor dafür, dass die Ladungswechselventile zuverlässig und präzise geöffnet und geschlossen werden. Sie sind im Nockenwellenmodul gelagert, das standardmäßig noch aus dem Metall Aluminium gefertigt wird. Doch Automobilhersteller und Zulieferer unternehmen große Anstrengungen, den Antriebsstrang und seine Bestandteile in Leichtbauweise zu produzieren. Die Gewichtsreduktion ist eine der effektivsten Methoden, den CO2-Ausstoß zu senken. Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer ICT in Pfinztal unterstützen die Industrie mit einem neu entwickelten Nockenwellenmodul aus Kunststoff in ihrem Anliegen. Das Leichtbau-Modul wurde gemeinsam mit dem MAHLE Konzern und den assoziierten Partnern Daimler AG, SBHPP/Vyncolit N.V. und Georges Pernoud realisiert. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi fördert das Projekt. Bei der Wahl des Kunststoffs setzen die Projektpartner auf hochfeste, faserverstärkte Duromere, da sie hohen Temperaturen, mechanischen und chemischen Belastungen, wie sie etwa durch synthetische Motoröle und Kühlmittel verursacht werden, sehr gut standhalten. "Wir steuern das Know-how bei, wie man die Geometrien des Bauteils material- und prozessgerecht gestalten muss, damit sie alle Anforderungen erfüllen", sagt Thomas Sorg, Wissenschaftler am Fraunhofer ICT. "Das Nockenwellenmodul befindet sich im Zylinderkopf, also in der Regel im oberen Bauraum des Antriebsstrangs. Hier ist es besonders sinnvoll, Gewicht zu reduzieren, da es eine Absenkung des Fahrzeugschwerpunkts ermöglicht." Klimaschutz im Fokus Gussteile aus Aluminium müssen nach dem Vergießen aufwändig nachbearbeitet werden, dadurch entstehen hohe Kosten. Der Nachbearbeitungsaufwand von faserverstärkten Duroplasten ist vergleichsweise gering, sie lassen sich "endkonturnah" herstellen, was mit niedrigeren Kosten bei der Produktion einhergeht. Auch die Lebensdauer von Duroplast-Spritzgusswerkzeugen ist – bei bis zu 500 000 Stück – wesentlich höher im Vergleich zu Aluminium-Hochdruck-Gusswerkzeugen. Darüber hinaus weisen mit hohem Faseranteil verstärkte Kunststoffe gegenüber Aluminium einen deutlich geringeren CO2-Footprint auf, da das Leichtmetall in der Herstellung sehr energieintensiv ist. Ein weiterer Vorteil: Automobilhersteller sind bestrebt, Geräuschemissionen zu minimieren. Denn wenn ein Auto klappert, ist dies nicht nur lästig, sondern ein klarer Wettbewerbsnachteil. NVH-Eigenschaften (Noise, Vibration, Harshness) – eine Kombination von Geräusch, Vibration und Rauheit – stehen daher weit oben auf der Liste der Faktoren, die zur Beurteilung der Fahrzeugqualität herangezogen werden. Kunststoffe weisen ein gutes Dämpfungsverhalten auf. "Insofern lässt sich das akustische Verhalten des Nockenwellenmoduls sehr gut optimieren", sagt Sorg. Das Nockenwellenmodul ist durch eine monolithische Bauweise mit integrierten Lagern gekennzeichnet, das heißt, es wird aus einem Guss gefertigt. Dadurch verringert sich der Montageaufwand im Motorenwerk. Der Fahrzeughersteller bekommt das Modul vorkonfektioniert vom Zulieferer und kann es mit wenigen Handgriffen auf den Motor montieren. Die eigenständige zeitaufwändige Installation des Bauteils entfällt. Ein zusätzliches Plus der innovativen Lösung: Inserts aus Aluminium an den hochbelasteten Stellen der Nockenwellenlager nehmen die direkten Kräfte auf. 600 Teststunden am Motorenprüfstand Während erster Tests am Motorenprüfstand konnten der Wissenschaftler und seine Kollegen ein positives Laufverhalten beobachten. Auch eine Gewichtseinsparung gegenüber dem Referenzbauteil aus Aluminium ließ sich nachweisen. "Wir können das Nockenwellenmodul aus duroplastischem Werkstoff deutlich leichter fertigen als das Pendant aus Leichtmetall und dabei sogar wirtschaftlich im Spritzgießverfahren produzieren", betont der Ingenieur. Simulationsrechnungen unterstützen die Auslegung und Absicherung des Prototyps bevor der Herstellungsprozess startet. "Obwohl die Steifigkeit des Duromers nur ein Viertel des Aluminiums beträgt, ist es uns durch konstruktive Maßnahmen gelungen, die maximal zulässigen Verformungen einzuhalten." Die Funktionalität des Leichtbauelements erwies sich nach 600 Stunden sogenannter geschleppter Versuche am Motorenprüfstand in einem hochmodernen Otto-Verbrennungsmotor als einwandfrei. Mithilfe der anstehenden sogenannten befeuerten Versuche wollen die Projektpartner die Funktionalität und das NVH-Verhalten unter Berücksichtigung der Gaskräfte des Verbrennungsprozesses belegen. Katrin Schindele, Projektleiterin bei MAHLE, bedankt sich beim gesamten Konsortium und allen Beteiligten für die sehr gute Zusammenarbeit. "Wir sind sehr zufrieden mit den Funktionsprototypen und den Versuchsergebnissen. Alle Projektbeteiligten haben vollen Einsatz für das Nockenwellenmodul geleistet."

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  • Biosprit für den Schiffstank

    Die Verbrennung herkömmlicher Kraftstoffe trägt zu einem großen Teil des globalen CO2-Ausstoßes bei. Besonders in der Kritik stehen Kreuzfahrt- und Containerschiffe, die mit ihren schmutzigen Abgasen und gesundheitsschädlichen Treibstoffen die Umwelt stark belasten. Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT forscht an alternativen klimafreundlichen Kraftstoffen. Es stellt Biotreibstoff aus nachwachsenden Rohstoffen her, der zu Benzin, Diesel oder sogar Kerosin für Flugzeuge werden kann. Der synthetische Kraftstoff reduziert die Treibhausgas-Emissionen um bis zu 30 Prozent im Vergleich zu fossilem Sprit und verringert zudem Ruß-Emissionen. Schiffe zählen zu den größten Klimasündern. Millionen Tonnen verbrannter Schiffsdiesel verschmutzen die Umwelt, weltweit ist die Schifffahrt für den Ausstoß von etwa einer Milliarde Tonnen Kohlendioxid verantwortlich. Diese Klimalast signifikant verringern wollen Maschinenbauingenieur Dr. Andreas Menne und seine Kolleginnen und Kollegen vom Fraunhofer-UMSICHT in Oberhausen mit einer neuen Technologie. Der Abteilungsleiter für Bioraffinerie und Biokraftstoffe stellt mit seinem Team synthetischen Diesel und Benzin aus nachwachsenden Rohstoffen her. Er verwandelt Bioethanol in Diesel, Benzin oder Jetfuel, die nahezu die gleichen Eigenschaften haben wie fossile Kraftstoffe. Nachwachsende Rohstoffe helfen, den CO2-Ausstoß des Transportsektors erheblich zu reduzieren. "Ob Stroh, Laub, Sägemehl oder Restholz – als Ausgangsrohstoff für das Bioethanol können wir fast alles verwenden", erklärt Menne. Der neue klimafreundliche Biosprit setzt deutlich weniger Treibhausgase frei und soll den Tank komplett füllen können. Bei E10 wird das Bioethanol nur zu fünf bis zehn Prozent dem fossilen Benzin beigemischt. "Da merke ich den Klimaeffekt kaum", sagt Menne. "Allein E-Autos, Hybrid und Brennstoffzellen werden es nicht schaffen, die Treibhausgas-Emissionen ausreichend schnell zu reduzieren. Wir brauchen einen ganzheitlichen Ansatz und viele Lösungen für die Kraftstoffe der Zukunft." Die Neufassung der Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED II) hat den Handlungsdruck erhöht. Fortschrittliche Kraftstoffe sollen bis 2030 einen Anteil von 3,5 Prozent haben. Gleichzeitig wird der Anteil alternativer Kraftstoffe auf der Basis von Nahrungsmitteln um den gleichen Anteil verringert. Bioethanol aus Weizenstroh Die UMSICHT-Forscherinnen und -Forscher produzieren in einer Testanlage bis zu 20 Liter des neuen Biosprits pro Woche. Sie verwenden Bioethanol, das aus Weizenstroh hergestellt wird. "Aber eigentlich kann ich auch jeden anderen Alkohol nehmen", sagt Menne. Der Alkohol aus Stroh fließt aus dem Metallfass zuerst noch flüssig durch die Rohrleitungen der Testanlage in einen Verdampfer. Erst nachdem er 350 °C heiß ist und unter einem Druck von 20 bar steht, strömt der gasförmige Alkohol in das Herz-stück der Anlage, den röhrenförmigen Reaktor. Er ist gefüllt mit Stücken aus Aktivkohle, die mit einem neu entwickelten Katalysatormaterial beschichtet sind. Sie treiben die Kondensation des Gases voran, bei der die einzelnen Kohlenstoffverbindungen gekoppelt werden. Je nachdem wie viele Kohlenstoffe sich verbinden, entsteht Benzin, Kerosin oder Diesel. "Oft wird ein Katalysator im Labor entwickelt, und es ist dann schwer, ihn in großen Mengen zu produzieren. Aber für diesen können wir die Materialien preiswert kaufen, denn er besteht nicht aus Edelmetallen oder Seltenen Erden. Und vor allem: Er ist langzeitstabil", sagt Menne. Genug Power hat der Biotreibstoff. Das haben ihm die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT im badischen Pfinztal bestätigt. Sie haben den neuen Kraftstoff auf einem Prüfstand mit kommerziell üblichen Motoren getestet. Hier wurden präzise die Motorleistung und die Abgaswerte ermittelt. Alles bei unterschiedlicher Leistung im Betrieb, beim Kaltstart und unter verschiedenen Lasten und Drehzahlen. Tests bestätigen niedrige Abgaswerte Das Ergebnis: Der Biosprit hat eine etwas höhere Energiedichte als herkömmliche Kraftstoffe. Ein Fahrzeug mit dem neuen Treibstoff im Tank hätte also in einem echten Rennen die Nase leicht vorn. Auch die Abgaswerte überzeugten beim synthetischen Kraftstoff. Weniger Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und wesentlich weniger Ruß kamen aus dem Auspuff. Der Biosprit ist außerdem nah an den physikalischen Eigenschaften von fossilem Diesel und daher normgerecht realisierbar. Um die Ökobilanz zu erstellen, zählt Venkat Aryan, Chemieingenieur am Fraunhofer-UMSICHT, jedes Molekül der Klimagase in jedem Prozessschritt zusammen. Die "Well-to-Wheel"-Analyse berücksichtigt alle Treibhausgase von der Gewinnung der Rohstoffe bis zur Umwandlung des Treibstoffs in Bewegungsenergie – die Förderung des Erdöls aus der Erde, den Anbau von Pflanzen für den Biosprit, die Abgase. Je nach Ethanolquelle stehen im Ergebnis dem erdölbasierten Dieselkraftstoff mit 94 Gramm CO2-Äquivalente je Megajoule 64,3 bis 91,6 Gramm CO2-Äquivalente für synthetischen Diesel aus Weizenstroh gegenüber. Das sind bis zu 32 Prozent weniger. Reedereien können Biosprit selbst produzieren "Unser Kraftstoff kann zu Benzin, Diesel oder sogar Kerosin für Flugzeuge werden. Aber Letzteres ist am aufwendigsten", sagt Menne. Einfacher gehe es beim Schiffsdiesel. Er brauche keine Veredlung durch eine Raffinerie. "Man könnte unsere Anlage einfach so in einen Hafen stellen. Unser Verfahren ist so unkompliziert, dass die Reedereien ihren Diesel selbst produzieren könnten. Dann wäre die Zeit der großen Stinker schnell vorbei", sagt Menne. Die Technologie ist bereits marktreif. Zwar ist der synthetische Diesel bisher teurer als Diesel aus Erdöl. Menne ist aber zuversichtlich, dass sich das bald ändern könnte. Denn mit den neuen gesetzlichen Regelungen werden die fossilen Stoffe nicht mehr so billig herzustellen sein.

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  • Tausendfach erprobt: Erfolgreiches Wertstoff-Recycling von Elektronik

    Die Rückgewinnung von wertvollen Rohstoffen ist ein wesentliches Ziel des EU-Projekts ADIR: durch Zerlegung elektronischer Geräte, die nicht mehr in Gebrauch sind. Quelle: Fraunhofer ILT, Aachen. Eine völlig neue Recycling-Methode, um automatisiert Elektronik zu zerlegen und daraus wertvolle Stoffe zurückzugewinnen – dies ist das Ziel des EU-Projekts "ADIR – Next generation urban mining – Automated disassembly, separation and recovery of valuable materials from electronic equipment". Innerhalb von vier Jahren entwickelten das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen und acht Projektpartner aus drei Ländern ein tragfähiges Recyclingkonzept. Strategisch ging es den ADIR-Partnern darum, die Ressourcenabhängigkeit der EU und kostenaufwändige Materialimporte zu verringern sowie neue Technologien für die inverse Produktion zu demonstrieren. Besonderes Augenmerk des Recyclingkonzepts liegt auf den Elementen Tantal, Neodym, Wolfram, Kobalt und Gallium. Diese Metalle stecken heute in fast jeder Elektronik. Es sind im wahrsten Sinne Wertstoffe, denn sie sind rar, kosten pro Kilogramm mittlerweile zum Teil fast 250 € und sie lassen sich aus gebrauchter Elektronik bisher kaum wirtschaftlich recyceln. Die effiziente Arbeitsweise des Recyclingkonzepts stellte das ADIR-Projektkonsortium auf der Berliner Recycling- und Sekundärrohstoffkonferenz vom 2. bis 3. März 2020 und dem Mineral Recycling Forum vom 10. bis 11. März 2020 in Aachen anhand von rund 1000 zerlegten Mobiltelefonen und über 800 Leiterplatten vor. Inspiriert vom Urban Mining Hier kommt das "Urban Mining" ins Spiel, das Sekundärrohstoffe aus Gebäuden, Infrastruktur oder Produkten zurückgewinnt. Von diesem Trend ließen sich Prof. Reinhard Noll und Dr. Cord Fricke-Begemann vom Fraunhofer ILT zu einem neuen Recycling-Ansatz inspirieren: Zusammen mit den ADIR-Projektpartnern entwickelten sie ein Konzept für die Verarbeitung typischer Leiterplatten aus Computern und für ausrangierte Handys. Unterstützt wurden sie bei den FuE-Arbeiten zur Robotik vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF aus Magdeburg. Laser übernimmt Hauptrolle Im Mittelpunkt stehen automatisierbare flexible Prozesse, mit denen sich Elektronikgeräte am Ende ihrer Nutzungsdauer in ihre Einzelteile zerlegen lassen. In einer Demontageanlage arbeiten dazu Lasertechnik, Robotik, Visionsysteme und Informationstechnologie in intelligenter Weise zusammen. Eine Hauptrolle spielen Laser, die unter anderem Inhaltsstoffe identifizieren, Bauelemente berührungslos entlöten oder ausschneiden. Damit lassen sich strategisch bedeutsame Wertstoffe mit hoher wirtschaftlicher Bedeutung im industriellen Maßstab effizient recyceln. Positive Resonanz motiviert Projektpartner Die Resonanz beim Fachpublikum auf zahlreichen Veranstaltungen fiel sehr positiv aus. Dazu zählten nach Projektende im März 2020 auch die Teilnehmer der Berliner Recycling- und Sekundärrohstoffkonferenz und des Mineral Recycling Forums in Aachen. "Das Interesse der Experten war sehr groß", berichtet Projektleiter Fricke-Begemann. "Diese gute Resonanz motivierte auch die Projektpartner aus der Industrie." Einer von ihnen ist die Electrocycling GmbH aus Goslar, die seit Ende 2018 das ADIR-Verfahren in Feldtests erprobt und für den industriellen Einsatz validiert. Sie bewies mit einem Demonstrator, dass sich zum Beispiel durch Kombination der verschiedenen Techniken erhebliche Mengen winziger Kondensatoren aus der Elektronik herauspicken lassen, um aus ihnen wertvolles Tantal zurückzugewinnen. Diese Aufgabe übernahm die H.C. Starck Tantalum & Niobium GmbH, die sich auch am ADIR-Projekt beteiligte. Hohe Recyclingquote bei Tantal "Wir haben in dem Projekt rund 1000 Handys und über 800 große Computerplatinen zerlegt, aus denen wir einige Kilogramm an Bauteilen zur Weiterverwertung erhielten", erklärt der Projektleiter. "Tantal ließ sich zu 96 bis 98 Prozent zurückgewinnen." Das Beispiel zeige, dass sich viele der in der Elektronik enthaltenen wichtigen Wertstoffe wie gewünscht effizient herausholen lassen – und zwar in einem neuartigen Sekundärrohstoff mit einem hohen Wertstoffgehalt, der deutlich höher als etwa die Tantal-Erz-Konzentrate der Rohstoffzulieferer ausfällt. Datenbank hilft beim Automatisieren Das vorwettbewerbliche Forschungsprojekt ist nun abgeschlossen, die wirtschaftliche Machbarkeit hat das ADIR-Team mit dem Demonstrator bewiesen. "Dank der gewonnenen Erkenntnisse ließe sich nun bereits ein Teil der Prozesskette realisieren", sagt Prof. Noll. "Dazu zählen die Inspektion der Leiterplatten sowie das Entlöten und Entnehmen der Komponenten." Allerdings besteht noch Verbesserungspotenzial etwa bei der Automatisierung, die zur Beschleunigung der Prozesse führen kann. Dazu tragen auch die ersten Erfahrungen über das automatische Öffnen und Zerlegen von Mobiltelefonen bei, die in einer Datenbank gesammelt wurden. Mit diesen Daten können Mitarbeiter eine Recycling-Maschine auf neue Mobiltelefonmodelle anlernen. Diese Argumente kommen in der Industrie an, erste Partner für die Realisierung gibt es bereits, weitere werden noch gesucht. Doch nicht nur der effizientere Umgang mit Rohstoffen spricht für das Konzept: In Deutschland würde die Abhängigkeit von Rohstofflieferungen aus anderen Regionen sinken und sich neue Chancen für Technologien der inversen Produktion zum Schließen von Werkstoffkreisläufen ergeben.

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  • Wissenschaftler zeigen der Natur wie es besser geht und entwickeln flüssigkeitsabweisendes Haftmaterial

    Ein ausgeklügeltes Design der zahlreichen Härchenspitzen ist der Schlüssel zu einem Material, das selbst Ölen widersteht. Das bioinspirierte Oberflächendesign des haftenden Materials eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, da es jede Art von Flüssigkeitströpfchen abweist und die Haftung immer erhalten bleibt. Stuttgart – Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS) in Stuttgart haben ein bioinspiriertes wiederverwendbares Haftmaterial entwickelt, das in der Lage ist, alle Flüssigkeiten unabhängig von ihrer Oberflächenspannung abperlen zu lassen. Während solche Materialien seit zwei Jahrzehnten aktiv erforscht und angewendet werden, weiß man bis heute von keinem Haftmaterial, das alle Flüssigkeiten abweisen kann. „Unser Material weist nicht nur Wasser, sondern jede Flüssigkeit wirksam ab. Öle zum Beispiel, die aufgrund ihrer geringen Oberflächenspannung Oberflächen schnell benetzen, würden sich normalerweise auf und zwischen den feinen Härchen ausbreiten, wodurch diese verklumpen und ihre Haftung verlieren. Aber aufgrund der spezifischen pilzförmigen Noppen-Struktur, die wir entwickelt haben, können unsere Härchen alle Flüssigkeiten abwehren, auch Öle", erklärt Ville Liimatainen und hebt damit die Haupteigenschaft des besonderen Haftmaterials hervor. Liimatainen ist Postdoktorand in der Abteilung für Physische Intelligenz am MPI-IS und Hauptautor der Publikation „Liquid-Superrepellent Bioinspired Fibrillar Adhesives", die kürzlich in Advanced Materials veröffentlicht wurde. Der Ko-Autor der Publikation ist Metin Sitti, Direktor am MPI-IS und Leiter der Abteilung für Physische Intelligenz. Sitti ist ein Pionier auf dem Forschungsgebiet Gecko-inspirierter Oberflächen. Er ist auch der Gründer von nanoGriptech Inc., einem Start-up, das von der Natur inspirierte Oberflächen auf den Markt gebracht hat. Abbildung 1: Bioinspirierte flüssigkeitsabweisende Oberfläche. Quelle: MPI für Intelligente Systeme Die Forschung der Abteilung für Physische Intelligenz nimmt sich die Natur als Vorbild – so auch bei diesem Projekt. Ville Liimatainen, Dirk-Michael Drotlef, Donghoon Son und Metin Sitti ließen sich von den winzigen Strukturen auf den Fußsohlen eines Geckos inspirieren. Jede einzelne ist mit Hunderttausenden von winzigen pilzförmigen Härchen bedeckt, die es dem Tier ermöglichen, mühelos auf praktisch jeder Oberfläche zu klettern. Nachahmungen dieser von der Natur perfektionierten Haftsysteme werden seit Jahrzehnten erforscht, wobei ihre Leistung die der Geckos manchmal sogar übertrifft. Solche Materialien benötigen keine Chemikalien oder Klebstoffe, um sie auf fast jeder Oberfläche haften zu lassen. Darüber hinaus sind sie wiederverwendbar, rückstandsfrei, weich, biegsam und dehnbar. Sie versagen jedoch, wenn sie nass werden – ebenso wie die Ballen eines Geckos: Unter nassen Bedingungen nimmt die Fähigkeit des Tieres stark ab, auf rutschigen Oberflächen haften bleiben zu können. Wissenschaftler überlisten die Natur Abbildung 2 Indem sie die Form der sogenannten Hafthärchen veränderten, gelang es den Wissenschaftlern, der Natur zu zeigen, wie es besser geht und das Material gegenüber Wasser und anderen Flüssigkeiten superabweisend zu machen. „Gecko-inspirierte Oberflächen sind nun in der Lage, auf jeder nassen Oberfläche ohne Einbußen zu haften. Ein kletternder Roboter wäre mittels einer Ausstattung mit solch einem Haftmaterial in der Lage, eine nasse Glasscheibe hochzuklettern. Oder, um ein anderes Beispiel zu nennen, eine Roboterhand, die mit dem Material beschichtet wäre, könnte jeden mit Flüssigkeit bedeckten Gegenstand greifen und wieder abstellen", fügt Sitti hinzu. „Die Abweisung aller Flüssigkeiten ist der überhängenden T-Form der Härchenspitzen zu verdanken, die selbst Flüssigkeiten mit sehr niedriger Oberflächenspannung halten kann", erklärt Liimatainen. Wie in Abbildung 1c zu sehen ist, stellen die Pfeile die Vektoren der Oberflächenspannung dar. Selbst wenn sich eine Flüssigkeit bis in die unteren Ecken der Härchenspitzen ausbreiten würde, hätte die Oberflächenspannung eine nach oben gerichtete Komponente, wie durch die Pfeile angezeigt wird. Diese Kraft verhindert, dass die Flüssigkeit zwischen die Härchen nach unten rutschen kann. Jedes Härchen hat eine Höhe von 40 Mikrometern und eine Dicke von 10 Mikrometern an der schmalsten Stelle direkt unter der Kappe, die wiederum einen Durchmesser von 28 Mikrometern hat. Dieses Größenverhältnis in Verbindung mit der speziellen Form der Härchenspitzen und der Verwendung von dehnbarem, kratzfestem, weichem Silikonelastomer als Baumaterial ermöglicht ein langlebiges, trocken bleibendes Material mit starker Haftung und extremer Flüssigkeitsabweisung. Der Herstellungsprozess dieser mit Härchen überzogenen Fläche, wie in Abbildung 2 dargestellt, beginnt mit dem 3D-Druck einer festen Urform mittels Zwei-Photonen-Laserlithographie. Ein weiches Silikonelastomer wird auf die Urform aufgetragen und gehärtet, um ein negatives Replikat herzustellen. Dann wird dasselbe Elastomer auf das Negativ aufgetragen und für die endgültige positive Replik ausgehärtet. Die potenziellen Anwendungsmöglichkeiten dieser Forschung sind vielfältig. Super flüssigkeitsabweisende trockene Oberflächen sind dort nützlich, wo nasse Bedingungen bisherige Haftmaterialien unbrauchbar gemacht haben, z.B. bei medizinischen Geräten, tragbaren elektronischen Geräten, speziellen Handschuhen oder beim Greifen von mit Flüssigkeit benetzter Gegenstände.

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  • Vorsicht Infektionsrisiko! – Aber wohin nur mit den Gummihandschuhen?

    Thema des Monats Gesundheits- und Umweltschutz Von Guido Deußing Politiker und Wissenschaftler empfehlen in der gegenwärtigen Corona-Krise, besonders vorsichtig zu sein und Abstand voneinander zu halten. Inwieweit das Tragen von Gummihandschuhen und einer Mund- und Nasenmaske im öffentlichen Raum der eigenen Gesundheit und die der anderen zuträglich ist und einer Infektion entgegenwirkt, darüber wird in Fachkreisen im Grunde nicht mehr wirklich gestritten. Dessen ungeachtet, viele Menschen sind überzeugt, dass sie sich mit Einmalhandschuhen aus Polymermaterialen hergestellt sowie einer innen polymerbeschichteten Mund- und Nasenmaske vor SARS-CoV-2 schützen können, und zwar wie Ritter in einer Rüstung. Was aber wenn die Konfrontation beendet ist, die „Rüstung“ abgelegt wird? Der Ritter entschlüpft seinem metallenen Exoskelett und lässt es vom Knappen reinigen. Gummihandschuh sowie Mund- und Nasenschutz aber sind vorgesehen für den einmaligen Gebrauch, landen also in der Mülltonne beziehungsweise sie sollten darin landen. Foto: Guido Deußing Die Bilder gleichen sich: Im Umkreis von Supermärkten sowie auf den Zufahrten, Gehwegen, Grün- und Randstreifen dorthin spiegelt sich ein bisschen unsere Konsumgesellschaft. Also, nicht absolut, nur so in Teilen. Eine ihrer unschönen Seiten kommt hier zum Vorschein. Aufgerissene Lebensmittel- und Konsumgüterverpackungen, Tüten, Flaschen, Dosen, manches aus Gas, anderes aus Papier und Pappe, einiges folienbeschichtet, vieles aus Kunststoff, achtlos auf den Boden geworfen. Diese Art der Umweltverschmutzung wird unter den Begriff Siedlungsabfall subsummiert. Der Müll auf der Straße ist also als reales Phänomen akzeptiert – wir leben damit. In meiner Stadt dauert es recht lange, bis der Abfall vom Boden beseitigt wird. Die Kehrmaschine kommt nur selten ganz nah an die Bordsteinkante gefahren, dort stehen andauernd Autos. Straßenkehrer, in meiner Vorstellung Männer in Overalls, die mit Besen und Kehrblech bewaffnet die Trottoire reinigen, wie man sie aus alten französischen Filmen kennt, wo sie noch Gassenkehrer hießen, habe ich in unserem Viertel noch nie gesehen oder wahrgenommen. Ich sehe auch selten Passanten, die sich aus dem Schritt heraus bücken, um eine verwehende Plastiktüte aufzuklauben und in einen Müllbehälter zu befördern. Manchmal verstehe ich das. Weil Hunde auf die Tüte oder die Verpackungen gepinkelt haben, und oft ist nicht einmal ein Mülleimer in Sicht. Bei mir um die Ecke wohnt ein älterer dünner vollbärtiger Mann mit zwei Hunden. Dem ist das egal. Freundlich zurückhaltend ist der Mann. Die Hunde, beide auch schon in die Jahre gekommen, sind eigentlich nicht seine. Er hat sie zu sich genommen, sie brauchten ein Zuhause. Die Hunde sind nicht schön, eher ist das Gegenteil der Fall. Doch auch das stört den Mann offenbar nicht. Er hat ein Fahrrad mit einem großen Korb vornedran, in dem sitzt immer einer der Hunde, während der andere meist in größerer Entfernung langsam hinterhertrottet. Manchmal liegt im Korb auch Altglas, Altpapier oder anderer Müll, den der Mann vom Boden aufgehoben und eingesammelt hat. Mir begegnen nur wenige, die wie er einen Blick für den Dreck in der Umgebung haben und die sich für das interessieren, was sich „da unten“ abspielt. Foto: Guido Deußing Ich begegne täglich recht vielen Menschen. Ich habe selbst einen Hund, der wenigstens zweimal am Tag vor die Tür muss. Um den Rücken zu krümmen und sich zu lösen. Und natürlich auch, um mir Bewegung zu verschaffen. Bewegung ist wichtig. Das wird mir vor allem jetzt bewusst, also in einer Zeit, in der die Möglichkeit, sich frei zu bewegen, doch ganz schon eingeschränkt ist. Mein Hund löst sich in der Regel nicht auf dem Bürgersteig. Er geht dafür in die Deckung. Instinktiv. Er sucht sich einen Platz im Unterholz. Ich finde Hundehaufen auf dem Gehweg nicht schön. Bei mir vor dem Haus liegen in letzter Zeit immer Köttel auf dem Bürgersteig, als wären sie einem Hund aus dem Hintern gefallen, der vom Herrchen oder Frauchen an strammer Leine hinter sich hergezogen wurde. Gut, dass es Plastiktüten gibt, in denen man Hundehaufen von der Bildfläche verschwinden lassen kann. Gut auch, wenn die Beutel benutzt werden. Blöd nur, wenn sie nach Befüllung am Wegesrand deponiert oder ins Gebüsch geworfen werden. Zum Glück gibt es immer wieder auch Privatleute, die machen ein Event daraus, den öffentlichen Raum zu säubern und von Unrat zu befreien. Finden sich in einer Gruppe von Idealisten zusammen, die dann wieder auch neue Leute suchen, die sich ihnen anschließen, die mit anpacken und helfen, den Müll aus der Umwelt zu entfernen. Wer den Dreck anderer Leute aufräumt, braucht einen starken Idealismus oder eine gute Bezahlung. Zu denen, die sich beruflich mit dem Müll anderer Leute beschäftigen, gehören die Fachkräfte für Kreis- und Abfallwirtschaft, das ist ein Ausbildungsberuf mit guter beruflicher Perspektive. Die Gruppe von Leuten, die das Aufräumen bei uns in der Ecke organisiert hat, von denen war keiner, glaube ich, wirklich für den Job ausgebildet. Trotzdem haben sie toll gearbeitet. Foto: Guido Deußing Letztens haben sie einen Aufruf gestartet, haben Zettel an Bäume im Park und am Geländer einer kleinen Brücke befestigt und die Passanten darin aufgefordert, sich ihnen und ihrer Idee anzuschließen: Sauber muss es sein, und Ordnung schaffen kann ja auch Spaß machen und das Wir-Gefühl stärken. Ich weiß nicht, ob und wie erfolgreich die Werbemaßnahme war. Aber wenn die Truppe, die sich in der Pause mit Tee und selbstgebacken Plätzchen stärkte, einmal zugange gewesen ist – das sah am Ende wirklich richtig gut und aufgeräumt aus. Der ganze Straßenzug, die Bürgersteige und auch die Grünanlagen – vom Siedlungsmüll befreit. Bedauerlicherweise hat dieses Bild meist nur wenige Tage Bestand, dann ist alles wieder zugemüllt mit aufgerissenen Lebensmittel- und Konsumgüterverpackungen, Tüten, Flaschen, Dosen, manches aus Gas, aus Papier und Pappe, folienbeschichtet, vieles aus Kunststoff, achtlos auf den Boden geworfen. Einige der Müllspuren kann man bis ins Schulviertel verfolgen. Gibt es in der Schule eigentlich das Fach Abfallvermeidung, Umweltschutz und Nachhaltigkeit? Seit wir Corona haben, hat sich der Siedlungsabfall im Straßenbild ein wenig gewandelt. Veränderungen kommen in meiner Erinnerung eher selten wie ein Paukenschlag, sondern es sind meist irgendwie schleichende Prozesse. Jetzt war es anders. Zu den Bonbon-, Schokoriegel-, Chips-, Brot- und Brötchenverpackungen haben sich plötzlich mehr und mehr zwei neue Arten von Wegwerfverpackungsmaterialien gesellt: Gummihandschuhe sowie Mund- und Nasenmasken. Viele dieser Handschuhe liegen inzwischen auf dem Boden und erinnern, wie sie da liegen, irgendwie an Unfallopfer, deren Finger eigenartig verdreht sind. Die Träger hatten offenbar wenig Erfahrung darin, wie man einen Gummihandschuh richtig ausziehen, geschweige denn entsorgt. Vor allem, wie man es geschickt anstellt, sich nicht mit dem zu kontaminieren, was man versucht war, durch die Handschuhe von sich fernzuhalten. Das haftet nämlich dann außen am Handschuh an, und wer sich nicht vorsieht, kriegt dann doch alles ab. Die Dinger liegen mittlerweile überall herum, vor dem Eingang zum Supermarkt, ein ganzer Haufen davon ist mir in einem auf dem Parkplatz abgestellten Einkaufswagen aufgefallen. Echt eklig! Sie liegen in Rinnsteinen, auf Stromkästen, in der Hecke vom Nachbarn zur Linken, auf der Wiese im Vorgarten des Nachbarn zur Rechten, im Gebüsch an der Bushaltestelle, zwischen den Fahrradständern an der S-Bahnhaltestelle, im Zaun beim Kinderspielplatz, in Bäumen und Sträuchern am Wegesrand. Überall findet man Gummihandschuhe – neuerdings eben auch Mund- und Nasenmasken. Wenn ich mir vorstelle, welche Bakterien sich darin tummeln, die sich in schwitziger Hand und in Atemfeuchte gesammelt und vermehrt haben? Und wie wirksam sind diese vermeintlichen Virenabwehrinstrumente tatsächlich? Foto: Guido Deußing Wissenschaftler wollen nachgewiesen haben, dass einfache, käuflich zu erwerbende Mund- und Nasenmasken oder auch selbstgenäht überhaupt nicht in der Lage sind, das Coronavirus zurückzuhalten. Neulich haben koreanische Forscher festgestellt, dass jemand, der an Covid-19 erkrankt ist, das Virus sogar durch die Maske hindurchhusten konnte. Weil eben nicht alle Masken gleich gut sind. Es kommt vielleicht doch darauf an, wie viele Barrieren aus einem Gemisch aus Polypropylen und Polyethylen innen auf die Maske aufgebracht wurden. Original-OP-Masken funktionieren richtig gut, allerdings sind die rar und sollten dem medizinischen Personal vorbehalten bleiben, das die Masken dringend benötigt. Es hilft nichts: Wer sich nicht infizieren will, sollte den gebotenen Abstand einhalten. Mit Abstand betrachte ich die Gummihandschuhe auf dem Boden und wundere mich über die Art und Weise, wie achtlos wir doch sein können, wie unreflektiert. Ich gerate auch ins Staunen, zum Beispiel, wenn ich auf meinen Spaziergängen an einem eingezäunten Gelände der Bahn vorbeikomme. Dort finden sich alle möglichen Relikte unserer Konsum geprägten Zeit: Flaschen, Lebensmittelverpackungen, kleine Tütchen, in denen sich Rauschmittel befunden hat, ein kaputter Feuerlöscher, CD-Hüllen, eine geleerte Geldbörse, der Schlauch einer Duschbrause, ein mit Kunstleder bezogener Küchenstuhl. Ich fühle mich ein bisschen wie in einem Freiluftmuseum, das besondere Errungenschaften unserer Zeit ausstellt. Foto: Guido Deußing Der Gedanke an die Gummihandschuhe lässt mir keine Ruhe. Wie kann es sein, dass sich unsere Gesellschaft vor noch nicht allzu langer Zeit Gedanken über die Belastung der Umwelt mit Mikroplastik gemacht hat? Darüber, dass Tiere zu Wasser, zu Lande und in der Luft Plastiktüten mit Nahrung verwechseln, fressen und dann mit vollem Bauch des Hungers sterben? Wie schnell konnte in Vergessenheit geraten, dass wir uns unserer Existenzgrundlage berauben, wenn wir Müll achtlos in die Umwelt schmeißen, der das Wasser, das wir trinken, die Böden, die uns Nahrung liefern, und die Luft, die wir atmen, belastet, und der vermutlich beizeiten zu uns zurückkommt, etwa als kleine Beigabe bei den Meeresfrüchten? Wie viele Bemühungen wurden inzwischen von so vielen Seiten unternommen, um die Verunreinigung der Umwelt rückgängig zu machen. Und dann sehen wir, dass die der eigenen Sicherheit dienende persönliche Schutzausrüstung achtlos auf den Boden geworfen wird – und andere Lebewesen gefährden kann ?! Mehr als 35 internationale Konzerne und Unternehmen der Kunststoff- und Kautschukbranche haben sich in der „Alliance to End Plastic Waste“ zusammengefunden, um neue Wege und effiziente Lösungen zur Verringerung von Kunststoffabfällen in der Umwelt zu erarbeiten. Die Branche, die sich mehr und mehr in der Kritik sah, ursächlich zu sein an den dramatischen Umweltverhältnissen, stellt sich ihrer Verantwortung und gibt Gas. Aber allein vorzugehen, hat noch selten zu einer Kehrtwende geführt. Dafür braucht es die Unterstützung aller, auch die der Verbraucher und Nutzer. Ohne eine gemeinsame Kraftanstrengung, wird es schwer, das Ziel zu erreichen. Die Branche arbeitet zum Beispiel auch an neuen Kunststoffen, und zwar solchen, die nicht aus fossilen, sondern ökologisch vertretbare regenerativen Ressourcen hergestellt werden. Die Branche forscht an besseren Rezepturen, einer Reduzierung der Zahl von Kunststofftypen und auch an Verfahren die helfen, Altkunststoffe in den Wertstoffkreislauf zu führen, und zwar als Rezyklat, das sich von einem neuen Rohstoff nicht unterscheidet, das also die Herstellung gleich- oder höherwertiger Produkte erlaubt. Dieser Vorgang wird als „Upcycling“ bezeichnet. Der umgekehrte Fall wird „Downcycling“ genannt. Foto: Guido Deußing Zugegeben, alle Bemühungen, Altkunststoffe in Neukunststoffe vergleichbarer Qualität umzusetzen, stoßen bislang meist immer dort an ihre Grenzen, wo es sich nicht um Reinstoffe, sondern um Kunststoffmischungen respektive Mehrkomponentensysteme handelt. Sie lassen sich allenfalls energetisch, nicht aber werkstofflich recyceln, geschweige denn „upcyceln“. Mit Blick auf einige vielversprechende Forschungsvorhaben der Industrie wie auch von Hochschulen ist allerdings zu mutmaßen, dass man künftig in der Lage sein wird, Altkunststoffe so zu recyceln, dass sich die darin enthaltenen hochmolekularen Polymere auf chemische Weise („Chemical Recycling“) unter Einfluss von Energie in kleinste chemische Bestandteile zerlegen und sich anschließend, dem Legobausteinprinzip nicht unähnlich, nach Belieben wieder zu neuen Produkte kombinieren lassen. Gegenwärtig übliche Verfahren erzeugen ein feststoffliches Granulat, dass in seiner Qualität mit einem Reinprodukt nicht mithalten kann. Es darf daher nur in begrenztem Umfang bei der Herstellung hochwertiger Produkte verwendet werden. Würden etablierte Recyclingverfahren und das chemische Recycling kombiniert, prognostizieren Experten, ließe sich die Recyclingquote für Kunststoffe bis zum Jahr 2030 auf 50 Prozent verdreifachen. Die Lösung anstehender Aufgaben jedenfalls erfordere ein tiefgreifendes Verständnis für den Werkstoff und die Technologie, wie es einzig die Kunststoff- und Kautschukindustrie im Verbund mit Forschungseinrichtungen besitzt. Die Herausforderungen zu meistern, erfordert erfahrene Experten und einen motivierten Nachwuchs, dem die Branche langfristig interessante Arbeitsplätze und gute Karrierechancen bieten kann, wie es auch die Kunststoff-Ausbildungs-Initiative „kai“ auf der K 2019 deutlich gemacht habe. Gary Stokes, Mitbegründer von OceansAsia, hält die Masken hoch, die er im Februar 2020 an den Stränden in der Nähe von Hongkong verstreut gefunden hat (Quelle: OceansAsia). Im Bewusstsein, dass jede Krise ein Ende findet, gilt das Gebot der Stunde: Eine intakte Umwelt lässt sich nur gemeinsam erhalten. Dafür braucht es jeden Einzelnen, Idealisten, die sich auch nach auf dem Boden liegenden Müll bücken, und Fachleute, die sich mit der Herstellung, Verarbeitung, Analyse, Entsorgung und dem Recycling von Kunststoff bestens auskennen. Die Kunststoff- und Kautschukbranche bietet interessante berufliche Perspektiven und sehr gute Karrierechancen. Hier gibt’s jede Menge Infos . Gemeinsam und mit Freude einsetzen für eine bessere Welt. Das sind schöne Aussichten - auch und vor allem in schwierigen Zeiten.

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