Um elektronische Bauteile immer kleiner herstellen zu können, sind neue Materialien gefragt. Beispielsweise ultradünne Kohlenstoffschichten, Graphen genannt. Empa-Forschende entwickeln in internationaler Zusammenarbeit neue Methoden, um diese Schichten auf Oberflächen «wachsen» zu lassen. Die aktuelle Ausgabe der EmpaNews widmet sich diesem Thema und natürlich auch vielen weiteren.

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Unsere Gesellschaft ist von seltenen Metallen abhängig wie nie zuvor: Mobiltelefone, Flachbildschirme, Digitalkameras, Autos und Windkraftwerke liessen ohne diese Rohstoffe heute kaum herstellen. Obwohl die Schweiz keine Primärressourcen hat, sollte sie sich stärker für eine nachhaltige Nutzung der seltenen Metalle einsetzen. Dies geht aus einer neuen Publikation der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW) hervor.

Batterie betriebene Elektrofahrzeuge dürften für die Mobilität der Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Bisher war jedoch nicht bekannt, wie umweltverträglich Herstellung, Betrieb und Entsorgung der Antriebsbatterie sind. Empa-Forschende haben nun erstmals den ökologischen Fussabdruck für den gebräuchlichsten Typ, die Lithium-Ionen-Batterie, berechnet; der fällt geringer aus als befürchtet. Anders ausgedrückt: Maximal 4 Liter Benzin pro 100 Kilometer darf ein herkömmliches Auto schlucken, um ähnlich umweltverträglich zu sein wie moderne Elektroautos.

Extrem harte Beschichtungen aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC) verlängern bei Werkzeugen und Bauteilen die Einsatzdauer. Bei Gelenksimplantaten versagen DLC-Schichten allerdings oft, weil sie sich ablösen. Empa-ForscherInnen fanden nun heraus, warum – und entwickelten Verfahren, mit denen die Grenzfläche zwischen DLC-Schicht und darunter liegendem Metall korrosionsbeständig wird und sich die Lebensdauer der Implantate vorhersagen lässt.

Die Empa hat abgehoben: Vom 7. auf den 8. Juli absolvierte der Solarflieger «Solar Impulse» seinen ersten Nachtflug, und André Borschberg, der Pilot, war dabei fast vollständig in Empa-Technologie «gehüllt». Sein Schutz- und Komfortanzug und auch der dazu passende Sitz wurden von Empa-Forschenden speziell für das Vorzeigeprojekt entwickelt, um Borschberg sowie den zweiten Piloten und Mitbegründer, Bertrand Piccard, vor den extremen Bedingungen im Cockpit zu schützen.

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Empa-ForscherInnen ist es gelungen, aus winzigen Polystyrol-Kügelchen mit einem einfachen elektrochemischen Verfahren «Seeigel» zu züchten, deren «Stacheln» aus Zinkoxid-Nanodrähten bestehen. Die strukturierte Oberfläche soll Photovoltaikanwendungen effizienter werden lassen.

Ein internationales Team unter Beteiligung des Empa-Forschers Francis Schwarze hat das komplette Erbgut des Gemeinen Spaltblättlings, Schizophyllum commune, entschlüsselt, ein weit verbreiteter Holz zersetzender Pilz. Das Genom mit seinen rund 13'000 Genen, vor kurzem in «Nature Biotechnology» publiziert, eröffnet Einblicke in die einzigartige Enzymmaschinerie, mit der der Weissfäuleerreger Holz schrittweise abbaut – eine Fähigkeit, die sich Empa-Forscher Schwarze unter anderem zur Verbesserung der Klangeigenschaften von Geigenholz zunutze macht.

Empa-Forschende haben aufgeklärt, wie verschiedene Herstellungsbedingungen die Eigenschaften neuartiger Polymerschichten mit eingelagerten Silber-Nanopartikeln beeinflussen. Dadurch können sie die Beschichtungen nun «massschneidern». Im Rahmen eines EU-Projekts entwickelt das Team Schichten, die Bakterien abtöten, menschliches Gewebe dagegen schonen sollen.

Ein interdisziplinäres Team unter der Leitung von Empa-Forscher Rainer Zah hat die Nachhaltigkeit von Biotreibstoffen der zweiten Generation untersucht und ermittelt, wie viel Treibstoff sich dadurch in der Schweiz einsparen liesse. Ergebnis der im Auftrag der TA-SWISS erstellten Studie: Werden Fahrzeugeffizienz und Elektromobilität mitberücksichtigt, lassen sich je nach Szenario zwischen 10 und 40 Prozent des hiesigen Treibstoffbedarfs nachhaltig decken.

John F. Mandell, emeritierter Professor für Chemical and Biological Engineering an der Montana State University in Bozeman, USA, erhält die Auszeichnung für seine bedeutenden Arbeiten im Bereich der Ermüdungserscheinungen von Kompositwerkstoffen, speziell für Rotorblätter von Windturbinen, sowie für seine aussergewöhnliche Unterstützung beim Aufbau der Empa-Abteilung «Kunststoffe / Composites» in den 1970er- und 1980er-Jahren.

Wie lassen sich – zumindest in den Natur- und Ingenieurwissenschaften – neue Einsichten und Erkenntnisse gewinnen? Etwa indem man das «Objekt der Begierde» beobachtet, eine Theorie dazu aufstellt und diese in einem – oder in den meisten Fällen mehreren – Experiment(en) überprüft.

Viele Probleme, mit denen sich Forscherinnen und Forscher heutzutage rumschlagen, lassen sich indes nicht so einfach experimentell «nachspielen». Wie wollen Sie zum Beispiel das Klima im Labor reproduzieren? Oder ganze Ökosysteme? Wie Vorhersagen darüber treffen, wie sich bestimmte Phänomene – etwa eine Wolke aus Vulkanasche – in den kommenden Tagen verändern?

Der bisherige Einsatz des wasserstoffbetriebenen Kommunalfahrzeuges auf Basels Strassen hat gezeigt, dass die «Bucher Schörling CityCat H₂» nur halb so viel Energie verbraucht und dabei deutlich leiser fährt als Kehrfahrzeuge mit herkömmlichem Dieselmotor. Allerdings ist der verwendete Brennstoffzellen-/Elektro-Antrieb für den Alltagsbetrieb noch nicht zuverlässig genug. Das Fahrzeug wird derzeit überarbeitet und soll ab Spätsommer wieder im Einsatz sein.

Die Empa beschreitet neue Wege bei der Zusammenarbeit mit der Industrie. Mit der Winterthurer Hexis AG hat sie eine strategische Forschungs- und Entwicklungspartnerschaft geschlossen. Ziel ist es, die Brennstoffzellen-Technologie SOFC als nachhaltige Alternative zur Gesamtenergieversorgung von Gebäuden am Markt zu etablieren. Auf den 1. Mai 2010 wird dazu ein «Liaison Office» an der Empa eingerichtet.

Die Empa trifft Massnahmen, um ihre Energieeffizienz zu erhöhen und den CO₂-Ausstoss deutlich zu senken. Die geplante Sanierung der Heizzentrale soll den CO₂-Ausstoss am Standort Dübendorf um 70 Prozent reduzieren.

Welche Nanopartikel sind für Mensch und Umwelt unbedenklich? Bei welchen sollten Schutzmassnahmen ergriffen werden? Um das Risiko synthetischer Nanomaterialien strukturiert abschätzen zu können, stellt der Bund Herstellern und Importeuren einen Vorsorgeraster zur Verfügung. An dessen Erarbeitung war auch die Empa beteiligt.

Es «gibt» grundsätzlich mehr als genug Energie auf der Erde; die Sonne liefert sie uns frei Haus. Um sie nutzen zu können, müssten wir sie eigentlich nur einfangen und umwandeln, etwa in Strom. Genau dies ist das Ziel der Photovoltaik-Aktivitäten an der Empa, die wir im «Fokus» der aktuellen EmpaNews vorstellen: mit möglichst wenig Rohstoffen möglichst effiziente (und günstige) Solarzellen herzustellen. Und da es immer gut ist, mehrere Eisen im Feuer zu haben, arbeiten die Empa-Teams nicht nur an «klassischen» Solarzellen aus Silizium, sondern entwickeln auch neuartige Dünnschichtzellen aus unterschiedlichsten Materialien.

Der «Swiss Nanotech Report 2010» liefert erstmals einen umfassenden Überblick über die aktuellen Entwicklungen im Nanotech-Bereich am Wirtschafts- und Forschungsstandort Schweiz. International gehört die Schweiz zu den innovativsten Ländern in diesem Bereich. Der Bericht, an dem auch die Empa beteiligt war, gibt Einblick in hiesige Rahmenbedingungen für Forschung und Entwicklung, Technologietransferaktivitäten, wirtschaftliche Umsetzung sowie Finanzierungsmöglichkeiten.

Das Team des Empa-Spinoff «compliant concept» eilt von Erfolg zu Erfolg. So auch bei «Venture», dem grössten Businessplan-Wettbewerb der Schweiz. Die Wissenschaftler um Michael Sauter sind unter den zehn Preisträgern mit den «Besten Geschäftsideen».

Am 12. Januar 2010 kommt es an der Swissbau in Basel zu einer Premiere: Vorgestellt wird «Self», eine moderne energie- und wasserunabhängige Raumzelle zum Wohnen und Arbeiten, komplett mit Schlafraum, Nasszelle und Küche, die die Forschungsinstitute Empa und Eawag für neue Gebäudekonzepte und Energietechnologien erproben.