Lärmbelastung und Schadstoffe in der Luft sind Dauerprobleme in einer hochtechnisierten Gesellschaft. Eine Regierung, die Risiken für die Bevölkerung minimieren will, tut gut daran, die Überwachung ständig zu verfeinern und neue Mess- und Simulationsmethoden erforschen zu lassen. Dies ist Aufgabe der Empa. Wir stellen die neuesten Projekte unserer Experten vor.

Das Klima ist seit Jahren ein Thema in Politik, Wirtschaft und Forschung. In Doha etwa tagt zurzeit die UN-Klimakonferenz, um Richtlinien und Ziele im Kampf gegen den immer weiter ansteigenden Treibhausgasausstoss festzulegen. Klimaerwärmung und die damit einhergehenden Veränderungen betreffen auch die Schweiz. Der Empa-Wissenschaftsapéro zum Thema stiess auf enormes Interesse.

Solarmodule aus Silizium sind für viele Anwendungen zu starr in der Form – oft sind sie auch zu teuer. Die Lösung sind Solarzellen auf flexiblen Folien. Sie könnten Strom aus Sonnenlicht deutlich billiger erzeugen. An der Empa wird der Aufbau solcher kostengünstiger Zellen erforscht. Zwei Varianten stehen dabei im Vordergrund: anorganische Solarzellen, sogeannte CIGS-Zellen, welche bereits nah an der Serienreife sind – und organische Solarzellen auf Basis von Farbstoffen. So werden sogar transparente Solarzellen möglich.

Wasserstoff aus Sonnenlicht ist seit langem der Heilige Gral der nachhaltigen Energieversorgung. Eisenoxid ist ein viel versprechendes Elektrodenmaterial für die photoelektrochemische Wasserspaltung – nicht zuletzt, weil es billig, stabil, umweltfreundlich und in grossen Mengen verfügbar ist. Einem internationalen Forscherteam unter Leitung der Empa ist es nun gelungen, die molekularen Strukturänderungen einer Eisenoxidelektrode während der Wasserspaltung zu beobachten. Damit eröffnet sich die Möglichkeit zur günstigen Wasserstoffproduktion aus Sonnenenergie.

Seit Frühjahr 2012 ist das wasserstoffbetriebene Kehrfahrzeug im hügeligen St. Gallen im Einsatz – zur vollen Zufriedenheit des städtischen Strasseninspektorats. Nun zog das Fahrzeug für drei Monate nach Bern, wo es am 10. Oktober vom St. Galler Stadtrat Fredy Brunner an die Berner Gemeinderätin und Direktorin für Tiefbau, Verkehr und Stadtgrün, Regula Rytz, übergeben wurde.

Spitzenforschung und zahlreiche bahnbrechende Entwicklungen haben die Schweiz bekannt gemacht. Als kleines, rohstoffarmes Land steht die Schweiz im globalen Wettbewerb, sie muss ihre Stärken nutzen und sich künftigen Herausforderungen stellen. In einem Artikel, der soeben im Jahrbuch 2012 des «Wirtschaftsmagazins» erschienen ist, beschreibt Empa-Direktor Gian-Luca Bona, was hierfür notwendig ist und wie sich Forschungsergebnisse in Visionen für die Zukunft und schliesslich in innovative Produkte umsetzen lassen.

Der Empa fällt für die Entwicklung innovativer medizintechnischer Produkte in der Schweiz eine wichtige Rolle zu. So forscht eine Abteilung in St.Gallen an neuartigen Implantatoberflächen, die das Einwachsen ins Körpergewebe fördern. Pflaster mit gezielt freisetzbaren Medikamenten sind ein weiteres Forschungsziel. In Dübendorf wird die Korrosion von Implantaten untersucht, die schwerwiegende und teure Folgen haben kann.

Zusammen mit 13 europäischen Partnern hat die Empa ein EU-finanziertes Projekt zur Entwicklung preisgünstiger, effizienterer Solarzellen lanciert. Mit einem Gesamtbudget von 10 Millionen Euro will SCALENANO – so der Name des Projekts – einen Durchbruch erzielen bei der Kosteneffizienz von Photovoltaikanlagen und -modulen auf Basis fortschrittlicher Dünnschichttechnologien.

Eine Studie von ETH- und Empa-Forscherinnen und -Forschern kommt zum Schluss, dass grosse Windkraftanlagen grüneren Strom produzieren als kleine. Günstig für die Umwelt wirkt sich aus, dass die Anlagenbauer an Erfahrung zulegen und voneinander lernen. Von den Erfahrungen aus 30 Jahren Windkraftanlagen profitieren ebenfalls die Entwickler von Ökobilanzen: Sie verfeinern damit ihre Methodik, um die Auswirkungen neuer Technologien auch über grössere Zeiträume einzuschätzen.

Seit 75 Jahren betreibt die Empa Holzforschung. Seit den Anfängen hat sich einiges getan: Holz ist nicht mehr nur ein interessantes Baumaterial – auch seine Mikrostruktur birgt vielerlei nutzbare Eigenschaften und Möglichkeiten zur Weiterverarbeitung. Empa-Forscher und Forscherinnen suchen nach neuen Chancen für Produkte aus Schweizer Holz.

Das Montreal-Protokoll hat dazu geführt, dass die meisten ozonschädigenden Substanzen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) verboten wurden. Schöner Nebeneffekt: Da FCKW potente Treibhausgase sind, hat das stufenweisen FCKW-Verbot auch dem Klima genutzt.

Wie lassen sich durch nanotechnologische Ansätze Verfahren und Produkte im derzeit boomenden Cleantech-Bereich schnell und effizient verbessern – und dadurch neue Märkte erschliessen? Eine Frage, die rund 80 Cleantech-Vertreter, vornehmlich aus der Industrie, brennend interessierte. Am Technology Briefing der Empa und des «Centre Suisse d' Electronique et de Microtechnique» (CSEM) in Bern bekamen sie neueste Entwicklungen präsentiert, etwa in Photovoltaik und Wärmedämmung.

Westafrika sieht sich mit einem stark anwachsenden Berg an Elektroschrott konfrontiert, der gemäss einer Studie der Vereinten Nationen zum Grossteil (bis zu 85%) auf den zunehmenden Inlandsverbrauch neuer sowie gebrauchter Elektro- und Elektronikgeräte («Waste Electrical and Electronic Equipment», WEEE) zurückzuführen ist. Und dieses Elektroschrottproblem wird durch den fortlaufenden Zustrom von Altgeräten aus Industrienationen weiter verschärft; viele dieser Geräte sind nicht mehr funktionstüchtig.

Nicht nur in Laptops, Handys und LED-Bildschirmen schlummern seltene Metalle, sondern auch in Solarzellen, Batterien für E-Mobile und vielem mehr. Die wachsende Nachfrage erhöht das Risiko eines Versorgungsengpasses.

Empa-Ingenieure haben gemeinsam mit der Firma «r going» eine bewegungsaktive, ergonomische Sitzschale für Elektro-Rollstühle entwickelt. Nach dem Motto «Leben ist Bewegen» soll damit die Bewegungsfreiheit von Rollstuhlfahrenden mit verschiedenen Krankheitsbildern erhöht werden.