Forschung

30.11.2009 - (dpa) Mit neuartigen Desinfektionsgeräten wollen Forscher des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching Bakterien den Garaus machen.
Die Technik beruht auf einem Plasma, einem elektrisch leitenden Gas. «Diese Geräte bringen große Hoffnungen für die Zukunft», sagte Professor Gregor Morfill, Direktor am MPE, am Donnerstag in München. So könnten sich Ärzte durch den Einsatz der Plasmageräte die zeitraubende Desinfektions-Prozedur des Händeschrubbens sparen. Auch Fußpilzinfektionen könnten sogar durch Socken hindurch innerhalb weniger Sekunden behandelt werden.

Ein Plasma besteht aus geladenen Teilchen wie Ionen oder Elektronen. Durch das von den Forschern entwickelte Plasma-Gerät kommt es zu Entladungen in der Luft. Durch die entstehenden Mikroblitze werden etwa der molekulare Stickstoff und Sauerstoff in der Luft gespalten und es laufen über 200 chemischen Reaktionen ab. Unter anderem entsteht so das für Bakterien tödliche Wasserstoffperoxid.

«Auch medikamentenresistente Bakterien werden so gezielt getötet», meint Morfill. Auch die Desinfizierung chronischer, nicht-heilender Wunden ist mit den Geräten möglich, weil das Plasma für Bakterien tödlich, für menschliche Zellen aber harmlos ist. «Statt Jod auf Wunden zu träufeln, könnte man Kratzer in Zukunft auch mit dem zahnbürstenkleinen Gerät desinfizieren - das tut nicht weh», wies Morfill auf die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Geräts hin.

11.12.2009 Aus Wasser (H2O) gewonnener Wasserstoff (H2) gilt als umweltverträglicher Energieträger der Zukunft. Dabei hängt dessen künftiger Einsatz im Energiemix der Zukunft auch von der Entwicklung nachhaltiger Produktionsverfahren ab. Bestimmte einzellige Grünalgen und Cyanobakterien haben die Fähigkeit, aus Wasser mit Sonnenlicht Wasserstoff zu produzieren. KIT-Wissenschaftler arbeiten derzeit gemeinsam mit acht Partnern an der Entwicklung hocheffizienter Verfahren für die Gewinnung von Wasserstoff aus Mikroalgen.

Die Koordination des Projektes "Wasserstoff aus Mikroalgen: mit Zell- und Reaktordesign zur wirtschaftlichen Produktion" ("Hydro- MicPro"), bei dem Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen im Verbund forschen, liegt bei Professor Clemens Posten vom Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik des KIT
"In HydroMicPro geht es darum, einen preisgünstigen, hocheffizienten Produktionsprozess mit optimierter Biologie und Verfahrenstechnik zu entwickeln, um die Voraussetzung für eine massentaugliche Wasserstoffproduktion zu schaffen", betont Posten.
Ziel ist es, mit den Investitionskosten für die Kultivierung von Algen auf etwa 25 Euro pro Quadratmeter Bodenfläche zu kommen
Weiterhin wird die übliche Begasung der Algen mit dem wachstumsförderenden Kohlendioxid (CO2) über Membranen erfolgen, um den Einsatz von Hilfsenergie zu minimieren.

Die Reaktorentwicklung erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt ist das Ziel eine hohe Biomasseproduktion, wie sie auch für andere Wertstoffe aus Algen in Zukunft gebraucht wird. Im zweiten Schritt geht es darum, das System für die Wasserstoffproduktion zu optimieren.

Im Ergebnis soll ein Reaktorprototyp vorliegen, der eine wirtschaftliche Wasserstoffproduktion aus Mikroalgen erlaubt. Für die Umsetzung in großflächigen Anlagen sind die nächsten Meilensteine schon anvisiert: Hier wird es um die Automatisierung der Anlage, die Lebensdauer oder auch die Massenfertigung von Materialien (Mikrostrukturierung von Membranen und Beschichtung von transparenten Materialien) gehen.

18.01.2010 - "Grüne Kohle" Gco(c) ist der Schlüssel für die Lösungen der großen Energie- und Umweltsorgen unserer Zeit: Der neue "Zukunftsrohstoff" bietet Antworten auf die Energieprobleme des 21. Jahrhunderts und Hoffnung für den Klimaschutz. Ein bayerisches Unternehmen wird im Süden Deutschlands im Jahr 2010 eine erste Produktionsanlage für die "Zauberkohle aus dem Dampfkochtopf" in Betrieb nehmen. Auch für Großbritannien bietet die "Schnelle Kohle" als neuer heimischer Energieträger des 21. Jahrhunderts riesige Chancen. Die G+R Technology Group baut jetzt die erste industrielle Produktionsanlage für Biokohle. Wofür die Natur Millionen Jahre gebraucht hat, sind mithilfe eines simplen chemischen Verfahrens nur noch wenige Stunden notwendig: Aus Bio-Abfällen, Pflanzenresten und Biomüll entsteht ein hocheffizienter Kohlebrennstoff, der auch für die Umwelt ein Gewinn ist. Denn Grüne Kohle Gco(c) ist im Unterschied zu klassischer Braun- oder Steinkohle völlig CO2-neutral und könnte in Zukunft helfen, die CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren.

Fossile Energiequellen wie Gas, Öl und Kohle sind endlich, teuer, machen uns abhängig und belasten die Umwelt. Erneuerbare Energien erleben deshalb auch in Großbritannien einen Boom. Die grüne Pflanzenkohle könnte dabei eine echte Alternative zu Solarzellen, Windkrafträdern und Co. werden. Das Verfahren zur Herstellung grüner Kohle wurde erstmals 1913 von dem deutschen Chemiker und Nobelpreisträger Friedrich Berguis beschrieben. Vor kurzem wurde es vom Max-Planck-Institut wiederentdeckt. Inzwischen wird es als neuer und alternativer Hoffnungsträger für das Klima gehandelt. Das Herstellungsverfahren - mit dem Fachbegriff Hydrothermale Karbonisierung (HTC) - als solches ist simpel und erinnert ans Kochen: Pflanzliche Biomasse aller Art wird in eine Art Dampfkochtopf gesteckt, Wasser und ein Katalysator hinzugefügt und das Gemisch erhitzt. Nach wenigen Stunden entsteht im Wasser die Grüne Kohle Gco(c).

Ein weiterer Vorteil der Methode gegenüber anderen synthetischen Kohleherstellungsverfahren: Alle Pflanzenreste und Bioabfälle können verarbeitet werden, sogar tierische Abfälle und Klärschlamm. Zudem benötigt der Herstellungsprozess vergleichsweise wenig Energie und, was noch wichtiger ist: Im Gegensatz zu anderen Herstellungsverfahren wie Biogas spielt das umweltschädliche Treibhausgas Kohlenstoffdioxid beim "Kochen von grüner Kohle" als Reaktionsprodukt so gut wie keine Rolle.

Die Einsatzmöglichkeiten dieses neuen Verfahrens sind vielfältig. Der Heizwert in biogenen Reststoffen einschließlich Speiseresten oder Hausmüll war bisher kaum nutzbar. Zu einem großen Teil werden sie noch deponiert und verschwendet. Unter der Hydrothermalen Karbonisierung (HTC) versteht man einen sogenannten Biomasse-Umwandlungsprozess mit hoher Kohlenstoffausbeute. "Aus der grünen Kohle Gco(c) lässt sich langfristig auch grüner, umweltfreundlicher Strom gewinnen", sagen Robert Stöcklinger, Geschäftsführer der G+R Technology Group aus Regenstauf in Bayern/Deutschland, und Dr. Dominik Peus, Geschäftsführer der Antaco GmbH.Gerade gegenüber der Kompostierung hat das Verfahren der Hydrothermalen Karbonisierung enorme Vorteile: Zum einen entsteht dadurch eben Grüne Kohle Gco(c), die man zur Energiegewinnung verbrennen kann. Zum anderen wird bei der Kompostierung durch Mikroben sehr viel Kohlenstoff des Ausgangsmaterials (mehr als 90%) in Kohlendioxid und Methan umgewandelt. Bei Biogas handelt es sich hingegen um 40 bis 50%. Bei der HTC entsteht nur sehr wenig CO2 - die Ausbeute ist im Vergleich zur Vergärung daher um 80% höher - ein echter Gewinn für das Klima. Die Zukunftsvision der Grünen Kohle Gco(c) könnte die Welt verändern - und einen wesentlichen Beitrag zur Lösung des CO2-Problems leisten. Bemerkenswert ist vor allem die Wirtschaftlichkeit gegenüber alternativen Verfahren. Eine erste Produktionsanlage für die Grüne Kohle Gco(c) wird von G+R 2010 in Bayern in Deutschland in Betrieb genommen werden. "Auch in Grossbritannien werden in Kürze solche Anlagen entstehen, die schon 2011/2012 in Betrieb genommen werden können", sagt Stöcklinger.

Den "grünen Technologien" gehört die Zukunft. In Zeiten immer knapper werdender natürlicher Ressourcen steigt der Stellenwert neuer innovativer Technologien. Keiner anderen Branche prophezeien Wirtschaftsexperten derzeit so große Wachstumsraten wie den Umwelt- und Nachhaltigkeitstechnologien. Das Weltmarktvolumen für umweltfreundliche Technologien wird sich nach aktuellen Zahlen bis zum Jahr 2020 mehr als verdoppeln.

Auf der Messe "Energy from Biomass and Waste UK" (EBW UK) in London wird die G+R Technology Group ihre Pläne und Verfahren zum Thema "Grüne Kohle" Gco(c) erstmals der Öffentlichkeitvorstellen

Wind- und Sonnenstrom haben ein großes Manko: Man kann sie (bisher) nicht speichern. Deutsche und österreichische Forscher haben jetzt eine "überraschende" Lösung gefunden.

Um ihre Antwort zu unterstreichen, hat das Trio auf dem Gelände des ZSW in Stuttgart eine Demonstrationsanlage gebaut. Die ist seit November 2009 in Betrieb und besteht aus zwei Containern, die vollgestopft mit Computern, Röhren, Gas-Tanks und Reaktoren sind. „Wir arbeiten mit zwei Verfahren, die in der Theorie seit Langem bekannt sind“, sagt ZSW-Fachmann Ulrich Zuberbühler. „Für eine Kombination gab es in der industriellen Welt bisher allerdings noch keine Notwendigkeit.“
Die ist nun da. Aktuell kommen die regenerativen Energieträger zusammen auf einen Anteil von 16 Prozent im Erzeugungsmix. Bis 2020 sollen Wind, Wasser, Biomasse und Sonne nach dem Willen der Bundesregierung aber bis zu 30 Prozent bringen. Zur Mitte des Jahrhunderts könnte dann die Hälfte oder sogar mehr des zwischen Kiel und Konstanz verbrauchten Stroms aus grünen Energien stammen.

„Energiespeicherung ist der Schlüssel für den weiteren Ausbau erneuerbarer Energien“, unterstreicht EON-Boss Wulf Bernotat. „Um Erneuerbare besser als bisher nutzen zu können, müssen wir das Problem angehen, dass sie derzeit noch nicht grundlastfähig sind.“

Bernotat beschreibt ein großes Manko der grünen Energieträger: Lediglich Biomasse – in Form von Mais, Holzpellets oder Gülle – lässt sich lagern und bei Bedarf jederzeit einsetzen. Für Wind und Sonne gilt das bisher nicht. Es bedarf also gewaltiger Speicher, die den Öko-Strom dann aufnehmen, wenn er in Massen produziert wird. Und ihn wieder abgeben, wenn er in eben solchen Masse benötigt wird. ZSW, IWES und Solar Fuel wollen den Öko-Strom deshalb im Erdgasnetz „parken“.

Neuer Weg

Dazu bedienen sich die Forscher zunächst der Wasser-Elektrolyse(1): Der Strom, den Rotorblätter und Solarzellen produziert haben, spaltet Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff auf.

Darauf folgt die Methanisierung(2): Der Wasserstoff reagiert mit Kohlendioxid, das – ähnlich wie bei der aus der Schule bekannten Fotosynthese – aus der Luft entnommen wird, zu Methan und Wasser. Einziges Abgas des ganzen Prozesses ist der Sauerstoff aus dem ersten Schritt.

Das Wasser wird abgetrennt, übrig bleibt Methan, was nichts anderes ist als konventionelles Erdgas. Besonders praktisch: Die Öko-Variante des fossilen Klassikers kann in das reguläre Gasnetz fließen und dann von da aus entweder Wohnungen beheizen(3), erneut Strom erzeugen(3), oder ein Erdgasauto betanken(3).

11.05.2010 - Der ansteigende Energiebedarf bei abnehmenden Öl- und Erdgasreserven, verbunden mit einer zunehmenden Freisetzung des Klimagases CO2 ist eines der drängendsten Probleme unserer Zeit. Biokraftstoffe könnten Teil einer Antwort auf diese Herausforderung sein. Jean-Paul Lange und seine Mitarbeiter in Amsterdam, Hamburg und Cheshire (Großbritannien) haben nun eine vielversprechende neue Generation Biokraftstoffe auf Holzbasis entwickelt. Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, könnten heutige Fahrzeuge ohne Modifikationen damit fahren und das derzeitige Tankstellennetz nutzen.

Sie lassen sich, je nachdem mit welchen Alkoholen sie verestert werden, in Form von Biobenzin oder Biodiesel herstellen und sind mit den derzeitigen Kraftstoffen mischbar. Heutige Fahrzeuge können damit fahren, ohne dass ihre Motoren umgerüstet werden müssten, ebenso könnte das aktuelle Tankstellennetz für den Vertrieb genutzt werden. Die neuen Kraftstoffe haben eine lange Liste harter Tests bestanden. In einem Praxistest wurden zudem zehn gängige Fahrzeugtypen, neu und gebraucht, ausschließlich mit einer Mischung aus normalem Benzin mit 15 Vol% des valerischen Biobenzins betankt und auf die Straße geschickt, um 500 km pro Tag zurückzulegen. Nach insgesamt 250.000 km Fahrstrecke waren keine Beeinträchtigungen von Fahrverhalten, Motor, Tank oder Benzinleitungen zu verzeichnen.
Originalveröffentlichung: Jean-Paul Lange et al.; "Valeric Biofuels: A Platform of Cellulosic Transportation Fuels"; Angewandte Chemie 2010