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Trinkwasser aus Wüstenluft

Kein Pflänzchen weit und breit – dafür ist es in der Wüste zu trocken. Doch in der Luft ist Wasser enthalten. Forscher haben nun einen Weg gefunden, aus der Luftfeuchtigkeit Trinkwasser zu gewinnen. Das System basiert nur auf regenerativer Energie und ist daher autark.

Risse ziehen sich durch den ausgedörrten Wüstenboden – die karge Landschaft ist geprägt von Wassermangel. Doch selbst dort, wo es an Seen, Flüssen und Grundwasser mangelt, sind in der Luft erhebliche Wassermengen gespeichert: In der Negev-Wüste in Israel beispielsweise beträgt die relative Luftfeuchtigkeit im Jahresmittel 64 Prozent – in jedem Kubikmeter Luft befinden sich 11,5 Milliliter Wasser.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben gemeinsam mit ihren Kollegen von der Firma Logos Innovationen einen Weg gefunden, diese Luftfeuchtigkeit autark und dezentral in trinkbares Wasser umzuwandeln. »Der Prozess, den wir entwickelt haben, basiert ausschließlich auf regenerativen Energiequellen wie einfachen thermischen Sonnenkollektoren und Photovoltaikzellen, was diese Methode vollständig energieautark macht. Sie funktioniert also auch in Gegenden, in denen es keine elektrische Infrastruktur gibt«, sagt Siegfried Egner, Abteilungsleiter am IGB. Das Prinzip: Hygroskopische Salzsole – also Salzlösung, die Feuchtigkeit aufsaugt – rinnt an einer turmförmigen Anlage hinunter und nimmt Wasser aus der Luft auf. Anschließend wird sie in einen Behälter gepumpt, der in einigen Metern Höhe steht und in dem Vakuum herrscht. Energie aus Sonnenkollektoren erwärmt die Sole, die durch das aufgenommene Wasser verdünnt ist. Der Siedepunkt liegt aufgrund des Vakuums niedriger als bei normalem Luftdruck. Diesen Effekt kennt man aus den Bergen: Da der Luftdruck auf dem Gipfel geringer ist als im Tal, kocht Wasser bereits bei Temperaturen deutlich unter 100 Grad Celsius. Das verdampfte, salzfreie Wasser kondensiert über eine Destillationsbrücke und läuft über ein vollständig gefülltes Rohr kontrolliert nach unten ab, wobei die Schwerkraft dieser Wassersäule kontinuierlich das Vakuum erzeugt – eine Vakuumpumpe ist nicht nötig. Die wieder konzentrierte Salzsole fließt erneut an der Turmoberfläche hinunter, um Luftfeuchtigkeit aufzunehmen.

»Das Konzept eignet sich für verschiedene Größenordnungen: Es sind sowohl Einzelpersonenanlagen denkbar als auch Anlagen, die ganze Hotels mit Wasser versorgen«, sagt Egner. Für beide Komponenten, die Aufnahme der Luftfeuchtigkeit und die Vakuumverdampfung, gibt es Prototypen. In Laborversuchen haben die Forscher das Zusammenspiel der beiden Komponenten bereits getestet. In einem weiteren Schritt wollen die Forscher eine Demonstrationsanlage entwickeln.  (Text: Copyright © by
Fraunhofer-Gesellschaft)

Weg vom Erdöl! Biomasse als alternative Kohlenstoffquelle.

Video: Wie aus Tiefseebakterien nützliche Enzyme für die Energiegewinnung und Anwendung in der chemischen Industrie gewonnen werden.

(idw). Erdöl wird immer teurer – das bekommt auch die chemische Industrie zu spüren. Eine alternative Kohlenstoffquelle ist Biomasse.

Erdöl ist der Ausgangsstoff für viele Produkte der chemischen Industrie. Doch dieser fossile Rohstoff wird immer knapper und teurer. Eine Alternative ist es, nachwachsende Rohstoffe zu nutzen. Doch müssen Bioethanol und Co. aus Nahrungsmitteln wie Zuckerrohr oder Getreide gewonnen werden? Nein. Über die weiße Biotechnologie lassen sich chemische Stoffe auch aus Abfallprodukten der Lebensmittelindustrie oder Restbiomasse aus der Forst- und Landwirtschaft oder Reststoffen gewinnen. Wie das gehen kann, demonstrieren Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart am Beispiel der biotechnischen Verwertung von Raps, Molke und Krabbenschalen.

Kunststoff und Lacke aus Raps
Bei der Herstellung von Biodiesel aus Rapsöl fällt als Nebenprodukt Rohglyzerin an. Wissenschaftler am IGB haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Rohglyzerin in 1,3-Propandiol umsetzen lässt – einen chemischen Grundstoff für die Herstellung von Polyestern oder Holzlacken. Bislang wird 1,3-Propandiol chemisch synthetisiert. Es gibt aber auch Mikroorganismen, die Glyzerin zu 1,3-Propandiol umsetzen können. So produziert das Bakterium Clostridium diolis den chemischen Grundstoff für die Herstellung von Polyestern oder Holzlacken in vergleichsweise hoher Ausbeute.

Bio-Plastik aus Molke
Ein Abfallprodukt bei der Herstellung von Milchprodukten ist Sauermolke. Bislang wird die Molke teuer entsorgt. Mit Hilfe von Michsäurebakterien lässt sich der in der Sauermolke enthaltene Milchzucker (Lactose) jedoch zu Milchsäure (Lactat) umsetzen. Lactat dient nicht nur als Konservierungs- und Säuerungsmittel in der Lebensmittelherstellung, sondern kann auch als Grundstoff in der chemischen Industrie eingesetzt werden – zum Beispiel in der Produktion von Polylactiden, biologisch abbaubaren Kunststoffen. Einweggeschirr und Schrauben für die Chirurgie aus Polymilchsäure gibt es bereits.

Feinchemikalien aus Krabbenschalen
Chitin ist nach Zellulose das am häufigsten vorkommende Biopolymer auf der Erde. Der nachwachsende Rohstoff fällt in der Aquakultur und bei der Verarbeitung von Meeresfrüchten wie Krabben in großen Mengen als Abfall an. In dem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt “BioSysPro” untersuchen Forscher des IGB, ob sich Chitin durch den Einsatz von mikrobiellen Chitinasen als nachwachsender Rohstoff für die chemische Industrie erschließen lässt.

“Die Weiße Biotechnologie nutzt die Natur als chemische Fabrik. Herkömmliche chemische Produktionsprozesse werden durch den Einsatz von Mikroorganismen oder Enzymen ersetzt”, erläutert Prof. Thomas Hirth, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, den Ansatz. Auf der Messe Biotechnica vom 7. bis 9. Oktober in Hannover stellen die Forscher die Verfahren auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 9, Stand E29 vor.

Weitere Informationen:
Das Video ist Teil der DVD “Die Zukunft der Biotechnologie — Eine Deutschlandreise”, die im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Jahr 2008 entstanden ist und kostenlos auf der Webseite www.biotechnologie.de bestellt werden kann.

RoboCup: Technologie-Schub durch Roboter-Fußball

Neun Ligen gibt es beim Roboter-Fußball. WISSEN DER ZUKUNFT  berichtet über  den RoboCup.

Video: RoboCup 2007

(idw). Für eine Maschine ist das Fußballspiel eine höchst komplexe Aufgabe: Die Roboter müssen Ball, Seitenauslinie und Torkasten zuverlässig erkennen und Mitspieler von Gegnern unterscheiden können. Dazu sind sie mit allerlei Hightech gespickt: Kameras und Sensoren erfassen die Umwelt, bordeigene Prozessoren verarbeiten die Daten und errechnen Spielzüge und Abwehrmaßnahmen, innovative Antriebe lassen die kickenden Automaten über das Feld sprinten und in Gegners Nähe unerwartete Haken schlagen.

Mittlerweile gibt es neun Ligen, jede mit einem eigenen technischen Schwerpunkt. In der Middle-Size-Liga bewegen sich die Automaten auf Rädern fort. Vier Spieler und ein Torwart kicken auf einem 20 mal 14 Meter großen Spielfeld auf normale Fußballtore. Sie müssen komplett autonom sein, haben Kamerasysteme mit Echtzeit-Verarbeitung an Bord und schaffen bis zu zwei Meter pro Sekunde.

Andere Kick-Maschinen wie der Roboterhund Aibo von Sony laufen auf vier mechanischen Pfoten. Seit 2005 treten beim RoboCup auch automatische Zweibeiner gegeneinander an: “Diese humanoiden Roboter machen in den letzten Jahren sehr große Fortschritte”, sagt Dr. Ansgar Bredenfeld, der am IAIS für den RoboCup zuständig ist. “Wie richtige Spieler fallen sie hin und stehen wieder auf, suchen sich selbständig den Ball und schießen Tore.”

Doch der RoboCup steht nicht nur für Roboterfußball. Seit 2006 gibt es eine Liga namens “RoboCup@Home” – ein Wettbewerb für Serviceroboter. In einem nachgebauten Zimmer müssen die Maschinen Kühlschränke ansteuern, Müll aufsammeln und Personen erkennen. Und in der “RoboCup-Rescue”-Liga werden Rettungsroboter auf einen Hindernisparcours geschickt. “Vom RoboCup geht ein enormer Technologie-Schub aus, den man anders gar nicht bewirken könnte”, sagt Prof. Dr. Stefan Wrobel, geschäftsführender Direktor des IAIS. “Viele Bauteile, die ursprünglich für den Roboterfußball entwickelt wurden, finden sich heute in anderen Anwendungen wieder, etwa bei der Lokalisierungstechnologie für Inspektionsroboter.” Auch Roboter, die automatisch den Rasen mähen oder für Meeresforscher Bodenproben nehmen, haben RoboCup-Technologie an Bord.

Mehrere Großturniere stehen in diesem Jahr an, vor allem die “RoboCup German Open”: Vom 21. bis 25. April werden über 80 Forscherteams aus mehr als 15 Ländern in Halle 25 der Hannover-Messe erwartet, um in mehreren Ligen den Stand der Entwicklung zu demonstrieren. Initiiert und ausgetragen wird das Turnier vom Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin.

Cyborg: Bundesforschungs-Ministerium fördert Mischwesen aus Maschine und lebendigem Organismus

Der “Cyborg” ist ein Mischwesen zwischen lebendigem “Organismus” und Maschine. Unter einem Cyborg versteht man eine Art Mensch-Maschine, das heißt einen Menschenkörper, in den künstliche, insbesondere elektronische Bausteine eingefügt worden sind.

(idw) Zwölf Jahre dauerte die Entwicklung: Nun hat ein interdisziplinäres Team von Netzhautchirurgen, Ingenieuren und Neurophysikern die weltweit erste vollständig in das menschliche Auge implantierbare Sehprothese erfolgreich bei sechs blinden Patienten eingesetzt. Das Bundesforschungsministerium (BMBF) hat die Entwicklung dieser Technik initiiert und seit 1995 mit mehreren Millionen Euro maßgeblich gefördert. Von Beginn an trug die Arbeitsgruppe Neurophysik der Philipps-Universität entscheidend zur Entwicklung bei.

Ungefähr 3 Millionen Menschen, darunter 10 000 in Deutschland, leiden unter Retinitis pigmentosa. Bei dieser Augenerkrankung schwindet die Sehfähigkeit aufgrund des Absterbens von Netzhautzellen stetig bis zur Erblindung. Allerdings bleibt in der Regel ein Teil der Nervenzellen, die visuelle Information zum Gehirn weitertragen, intakt. Hier können Sehprothesen ansetzen. Die ins Auge implantierten Mikrochips lösen durch elektrische Reizung Signale in den Nervenzellen aus, die die Patienten dann als Seheindrücke wahrnehmen. Ingenieure der RWTH Aachen und des Duisburger Fraunhofer Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme haben zusammen mit den Augenkliniken Aachen und Essen und der Arbeitsgruppe Neurophysik an der Philipps-Universität Marburg jetzt für diese Krankheit eine EPIRET3 genannte Sehprothese entwickelt. Ihre Besonderheit liegt darin, dass sie weltweit als einziges System drahtlos funktioniert. Sie wird vollständig in das Auge implantiert und muss nicht, wie andere Retina-Implantate, mit Kabelverbindungen von außen versorgt werden. Dies reduziert die Operationszeit, vereinfacht die Handhabung und senkt die Belastungen für die Patienten.

Die neue Sehprothese wurde sechs freiwilligen Patienten der Universitäts-Augenkliniken in Aachen und Essen eingesetzt. Alle Patienten waren seit mehreren Jahren erblindet. Während einer vierwöchigen Testphase untersuchten die Wissenschaftler der AG Neurophysik der Philipps-Universität (Dipl. Biol. Susanne Klauke, Dr. Thomas Wachtler, Prof. emer. Dr. Reinhard Eckhorn und der Leiter der AG, Prof. Dr. Frank Bremmer) die Wahrnehmungen der Patienten mit verschiedenen elektrischen Testreizen. Bei allen Patienten wurden Seheindrücke ausgelöst, und sie konnten verschiedene Reizmuster unterscheiden. Nach diesem Erfolg besteht der nächste Schritt darin, die Implantationsdauer zu verlängern und die Operationstechnik weiter zu verbessern. Damit sich die Patienten mit der Prothese in ihrer Umwelt zurechtfinden können, muss das System künftig noch mit einer Kamera gekoppelt werden, die per Funk Signale an das Implantat sendet.

Nachdem sich diese Methode bei den ersten Patienten als wirksam und sicher erwiesen hat, haben mehrere Medizintechnikfirmen eine Firma gegründet, die jetzt ein marktfähiges Retina-Implantat entwickeln wird. Die AG Neurophysik wird auch an dieser Weiterentwicklung maßgeblich beteiligt sein. Durch diese Weiterentwicklung könnte die Prothese in einigen Jahren mehr Patienten verfügbar gemacht und auch zur Behandlung der fortgeschrittenen altersbedingten Makuladegeneration eingesetzt werden. Diese stärker verbreitete Augenkrankheit ist für etwa die Hälfte der Fälle von Altersblindheit verantwortlich.

In der Science Fiction Geschichte “Paradisienne” besitzt der Verkaufsleiter Penthilos Hades eine Hippocampus-Prothese, d.h. einen Chip, der einen Teil seiner Gehirnfunktion übernimmt. Er ist damit nach gängiger Definition ein Cyborg. Die Prothese verändert seinen Charakter und führt zu verbrecherischem Handeln.

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Flexible Produktion: Legosystem für Produktionsanlagen

“DAS WISSEN” ( toppx.newzs.de ) berichtet über das Wunderwelt Wissen.

Legosystem für Produktionsanlagen
Eine neue Plattform aus einzelnen Bausteinen vereinfacht es, analytische oder therapeutische Prozesse vom Labor in die industrielle Fertigung zu überführen.© Fraunhofer IPA

(idw) Was im Kleinen geht, muss im Großen nicht gleich klappen. Will man etwa analytische oder therapeutische Prozesse vom Labor in die industrielle Fertigung überführen, braucht es Geduld und einen großen Geldbeutel. Eine neue Plattform aus Bausteinen minimiert die Kosten.

Laboranlagen für medizinische Fragestellungen – etwa für Blutuntersuchungen – und Produktionsgeräte für medizinisches Zubehör haben eines gemeinsam: Sie sind schwer zu planen, da eine Fülle von unterschiedlichen Komponenten zusammenkommen. Wo müssen welche Pumpen und welche Dosiersysteme sitzen, um etwa einen Biochip optimal produzieren und auswerten zu können? Bislang entwerfen Hersteller von komplexen Laboranlagen zunächst verschiedene Konzepte und Konstruktionszeichnungen, bevor sie das reale Gerät aufbauen. Dennoch funktionieren die Maschinen in der Realität oft nicht wie erwartet. Die Planung beginnt erneut – eine teure Angelegenheit. Ein weiteres Problem: Die Konstrukteure verwenden vorwiegend Bauteile und Technologien, mit denen sie bereits Erfahrung haben. Das sind jedoch nicht immer diejenigen, die für das System optimal wären.Mit der neuen Plattform “Modular Process Automation Laboratory m:Pal” lassen sich komplexe Laborgeräte schneller und effizienter planen. Sie bietet einen Bausatz, bei dem Pumpen, Inkubatoren, Dosiergeräte oder Kameramodule nach Belieben zusammengesteckt und umgehend ausprobiert werden können – ähnlich wie bei Legosteinen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben “m:Pal” entwickelt. “Wir haben quasi einen Spielplatz entwickelt, auf dem wir alle Techniken unkompliziert testen und diejenigen heraussuchen können, die für die jeweilige Fragestellung am besten geeignet sind. Jedes Modul ist völlig autark und kann daher auch alleine betrieben werden”, sagt Andreas Traube, Gruppenleiter am IPA. “Der Knackpunkt lag in der Softwarearchitektur: Die benötigten Module müssen sofort auf Knopfdruck funktionieren, wenn man sie zusammensteckt.”

Künftig soll die Plattform Herstellern kleiner Serien eine hohe Flexibilität bieten. “Produzenten von Hörgeräten oder anderen medizinischen Produkten, von denen es verschiedene Varianten oder ständig neue Modelle gibt, können “m:Pal” als Produktionsgerät einsetzen. Bisher musste man bei jedem neuen Modell die ganze Produktionslinie austauschen – mit “m:Pal” reicht es, ein oder zwei Module anzupassen. So lassen sich bis zu 50 Prozent der Kosten einsparen”, sagt Traube. Ebenso können Hersteller eine kleinere Produktionslinie schrittweise automatisieren und die Module nach und nach anschaffen, sobald sich der Durchsatz erhöht.