01
Kraftprotz mit Weltrekord
Die Befürchtungen waren groß im bayerischen Ort Irsching: Vibrationen von 13 Jumbojet-Triebwerken würden das Dorf erschüttern, hieß es Mitte Dezember. Alles nur Gerüchte. Als die angereisten Siemenstechniker ihre neueste Gasturbine zündeten, blieb alles ruhig – nur der Weltrekord für die größte und leistungsstärkste Gasturbine war gefallen. 440 Tonnen wiegt die Siemens SGT5-8000H, die mit 13 Metern Länge und jeweils fünf Metern Höhe und Breite so groß wie ein Einfamilienhaus ist. Ihre Leistung von 340 Megawatt – die tatsächlich der von 13 Jumbojet-Triebwerken entspricht – reicht aus, um eine Millionenstadt wie Hamburg mit Strom zu versorgen. Das Entscheidende aber ist: Der metallene Kraftprotz spart dank seiner Effizienz gegenüber herkömmlichen Anlagen pro Jahr 40000 Tonnen Kohlendioxid. Bald wird die Ökobilanz noch besser: Nach einer Testphase verbinden die Techniker die Turbine mit einem Aggregat, das die Abgase nutzt, um damit wiederum eine Dampfturbine anzutreiben. So entsteht ein Gas- und Dampf-Kraftwerk, das über 60 Prozent der eingesetzten Energie in Strom verwandelt. Ein weiterer Weltrekord aus der bayerischen Provinz.
02
Durchbruch für den Wunderakku
Notebooks, Handys, Camcorder – diese Geräte laufen schon seit einiger Zeit mit kleinen Lithium-Ionen-Batterien. Handlichen Energiepaketen, die die höchste Leistungsfähigkeit besitzen. Ihr Einsatz in Autos war bisher jedoch zu gefährlich: Bei Temperaturen um die 140 Grad lösen sich die in diesen Akkus eingesetzten Separatoren aus Kunststoff – sie trennen Plus und Minus – auf, und es kommt zum Kurzschluss. Große Lithium-Ionen-Batterien, die ein Auto antreiben könnten, würden bei Überhitzung explodieren. Den Schlüssel für einen effektiven Elektroantrieb hat nun der deutsche Batteriezellenhersteller Li-Tec entwickelt: „Separion“ heißt die flexible Keramikmembran, die sich wie Papier aufwickeln lässt und Temperaturen von bis zu 450 Grad standhält. Selbst bei noch höheren Gradzahlen gehen die Akkus nicht in Flammen auf, sie platzen einfach. Inzwischen kooperiert das Unternehmen bei der Weiterentwicklung mit Bosch und Volkswagen. Der größte deutsche Autobauer hat bereits das erste Serienauto mit diesem elektrischen Antrieb angekündigt: Bis 2010 soll der VW-Microvan „Space Up“ auf der Straße rollen – mit Elektroantrieb.
03
Haarspalterei mit Licht
Löcher bohren, die nur millionstel Millimeter klein sind? Die neueste Erfindung des Jenaer Institutes für Photonische Technologien (IPHT) macht’s möglich. NanoCut heißt das Verfahren, mit dem sich die deutschen Forscher den Titel „Forschungshighlight des Jahres 2007“ der britischen Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ verdient haben. Mit NanoCut haben sie erstmals die Energie eines Lasers auf einen Punkt von der Größe menschlicher Chromosomen gebündelt. Damit lassen sich gezielte Bereiche des Erbgutes, die einen genetischen Defekt tragen, ausschalten – was völlig neue medizinische Möglichkeiten eröffnet. Die Wissenschaftler im IPHT nennen diesen Vorgang schlicht „optischen Knockout“. Das Geheimnis des Verfahrens sind Nanopartikel aus Metall, die das Laserlicht einfangen. Dessen Lichtimpulse regen die Teilchen an, sie erwärmen sich und brennen ein präzises Loch in ein Gewebe. Die Größe des Lochs hängt damit nicht mehr vom Laser, sondern von der Größe der Nanopartikel ab. Und die sind im Falle von NanoCut bis zu 50000 mal kleiner als der Durchmesser eines Haares.
04
Gesundheit am seidenen Faden
Spinnenfäden sind dünner als ein menschliches Haar, aber reißfester als Stahl. Keinem Wissenschaftler ist es bisher gelungen, diese Proteinketten nachzubauen. Bis jetzt: Biotechnologen an der TU München haben das Kunststück geschafft. Im Juni wird eine Ausgründung der Hochschule mit dem Namen AMSilk mit der Produktion der Labor-Spinnenseide beginnen. Neben Hochleistungsfasern für die Industrie sollen vor allem Mikrokapseln aus Seide als Schutzhülle für Medikamente entstehen. Mit dem robusten Material lassen sich Wirkstoffe erstmals im Körper gezielt in bestimmte Regionen transportieren.
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Zelltest am laufenden Band
Die Entwicklung eines neuen Medikamentes dauert im Schnitt zwölf Jahre und kostet 800 Millionen Dollar. Wirkstofftests sind es, die die Pharmaforschung so kompliziert machen. Jedes neue Präparat benötigt einen Angriffspunkt, eine „Zielstruktur“. Das ist ein Molekül im Körper, an dem ein Arzneimittel ansetzt und Krankheiten beeinflussen kann. Finden Forscher solch eine passende Struktur, testen sie bis zu zwei Millionen mögliche Wirkstoffe, ehe sie einen Treffer landen. Ein Großteil dieser Untersuchungen ist Handarbeit – den Anforderungen der modernen Pharmazie genügt das in keiner Weise mehr. Das Münchner Unternehmen Nanion Technologies hat jedoch einen Weg gefunden, einen Teil dieser Tests zu automatisieren und damit die Entwicklung neuer Medikamente effektiver und sicherer zu machen. Zurzeit ist die sogenannte Patch-Clamp-Technik in den Labors der Pharmaunternehmen noch messtechnischer Standard. Dabei muss ein Forscher unter dem Mikroskop eine mit einem Wirkstoff gefüllte Glasmikropipette an einer Zelle aufsetzen. Zehn Zellen schafft ein erfahrener Wissenschaftler am Tag. Wesentlich schneller kommt dagegen die Maschine aus Süddeutschland zum Ergebnis. Chipgesteuert untersucht sie zuverlässig eine Probe nach der anderen. Eine Einweisung von wenigen Stunden reicht, um sie zu bedienen. Womit die Münchner den Traum vieler Forscher erfüllen. Labors in Asien, Nordamerika, Europa und Australien messen schon mit einem neuen Standard: der „patch-clamp-on-a-chip“-Technologie.
06
Erleuchtung für die Chips von morgen
1965 wagte Intel-Mitbegründer Gordon Moore eine mutige Voraussage: Alle zwei Jahre werde sich die Zahl der Transistoren auf Mikrochips verdoppeln und sich ihre Leistungsfähigkeit drastisch vergrößern. Der US-Unternehmer hat recht behalten. Heute, 43 Jahre später, verfügt ein einziger Chip über eine Milliarde Transistoren – die Leistungsbasis für PC, MP3-Spieler und das Internet. Doch fest steht auch: Die herkömmliche Produktionstechnik für Mikrochips ist ausgereizt. Kein Wunder, dass die Halbleiterindustrie voller Erwartung nach Deutschland, genauer nach Oberkochen in Baden-Württemberg blickt. Mit dem EUV-Lithographieverfahren gelang Carl Zeiss SMT der Durchbruch für die Mikrochips der Zukunft. Damit können die Optik-Spezialisten mit Extremer Ultravioletter Strahlung (EUV) zehnmal so viele elektronische Bauelemente auf einem Chip unterbringen wie bisher. Um sich klarzumachen, wie fein diese Dimensionen sind, hilft ein Vergleich: Wäre ein Mikrochip eine DIN-A4-Seite, ließe sich mit der EUV-Technik eine „Deutschland“-Ausgabe über 53000-mal auf das einzelne Blatt drucken. Zehn Jahre haben die Zeiss-Techniker an diesem technologischen Durchbruch gearbeitet und dabei über 50 Patente angemeldet. Forschungsgeschichte haben sie mit zahlreichen Weltrekorden in der Mechatronik und Optikfertigung geschrieben. Entstanden ist dabei die weltweit modernste Fabrik für Lithografieoptiken.
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Lichtblick für die Umwelt
Eine Lichtquelle, die deutlich weniger Strom verbraucht und viel länger hält als Glühlampen, Erschütterungen unbeschadet übersteht und dabei auch noch viel heller als fast alle anderen Lampen strahlt? Was nach Zukunftsmusik klingt, wurde Ende vergangenen Jahres von Bundespräsident Horst Köhler mit dem Deutschen Zukunftspreis 2007 ausgezeichnet: die neue hocheffiziente Leuchtdioden-Generation von Osram. Kleine, kurz LED genannte Leuchtquellen gibt es zwar schon länger, aber erst jetzt sind sie hell genug, um herkömmliche Lampen zu ersetzen. Das Herz einer LED ist ein kleiner Halbleiterchip, der Licht erzeugt, wenn man eine elektrische Spannung anlegt. Die Intensität dieses Lichts war bisher gering. Daher kamen Leuchtdioden nur dort zum Einsatz, wo nur wenig Helligkeit erforderlich ist, etwa bei Anzeigelämpchen für Elektrogeräte oder in Displays für Telefone. Den Osram-Technikern ist es nun gelungen, mit einem in den Chip integrierten Metallreflektor die Lichtausbeute drastisch zu erhöhen und gleichzeitig mehrere Leuchtdioden miteinander zu großen Blöcken zu verbinden. Mit dieser Dünnfilmtechnologie lassen sich LEDs endlich in Fernsehbildschirmen, Straßenlaternen oder Projektoren genauso einsetzen wie in Scheinwerfern und Nachtsichtgeräten in Autos. Was Tonnen CO2 und bares Geld sparen wird: Keine andere Lichtquelle liefert heute mit weniger Strom so helles Licht.
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Heilung mit dem strahlenden Skalpell
Auf der Haut ist nicht mal eine Rötung zu sehen. Doch 30 Zentimeter tief im Körper zerstören die Ionenstrahlen millimetergenau nicht operable Tumore. Seit zehn Jahren erproben die Forscher der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt die Bestrahlung von Krebspatienten mit den elektrisch geladenen Atomen. Mit herausragendem Erfolg. In Kürze geht das weltweit einmalige Verfahren im Ionenstrahl-Therapiezentrum Heidelberg erstmals in die klinische Anwendung. Über 1000 Patienten sollen dort im Jahr behandelt werden. Die Methode eignet sich besonders für tiefliegende Tumore in Risikoorganen wie dem Gehirn. Denn die Ionenstrahlen geben ihre Energie in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich ab, ohne gesundes Gewebe im Umfeld zu zerstören.
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Adlerauge im Weltraum
Der erste deutsche Radarsatellit für Erdbeobachtung kreiste kaum auf seiner Umlaufbahn, da hatte er schon den ersten Rekord gebrochen: Innerhalb von nur vier Tagen sendete TerraSAR-X aus 514 Kilometern Höhe die ersten Fotos in das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum in Neustrelitz. Was die Forscher seit dem 18. Juni 2007 zu sehen bekommen, ist von herausragender Brillanz. Mit einer Auflösung von bis zu einem Meter sendet der Späher aus dem All Detailaufnahmen von Überflutungen in Mexiko oder schwindenden Gletschern in Patagonien, er dokumentiert die Abholzung des Regenwaldes oder misst die Geschwindigkeit von Meeresströmungen vor der deutschen Nordseeküste. Die Fähigkeiten des vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der EADS-Tochter Astrium entwickelten Satelliten finden Interessenten weltweit: 1500 Kunden aus über 40 Ländern stehen Schlange, um auf die TerraSAR-X-Daten zuzugreifen. Von 2009 an wird die Zahl sicher noch steigen: Dann liefert ein zweiter TerraSAR-X-Satellit noch schärfere Blicke auf die Erde.
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Die Sonne im Tank
Industrieunternehmen benötigen rund um die Uhr eine zuverlässige Energieversorgung. Sonnenenergie spielte darum für produzierende Firmen bisher nur eine kleine Rolle. Eine Erfindung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird dies möglicherweise ändern. Die Kraft der Sonne auch nachts oder bei starker Bewölkung zu nutzen bleibt damit nicht mehr länger ein Traum. Die Forscher des DLR nutzten im November 2007 dafür erstmals einen Wärmespeicher, der in solarthermischen Kraftwerken erzeugten Dampf über viele Stunden zwischenspeichert und bei Bedarf, also auch in der Nacht, wieder an Kraftwerke abgibt. Betrieben wird die innovative Anlage auf dem größten europäischen Testzentrum für Solarenergie, der Plataforma Solar de Almería in Spanien. Der Speicher leistet 100 Kilowatt und nimmt aus Solarkraft gewonnenen Dampf mit einer Temperatur zwischen 200 und 300 Grad auf. Bisher kamen alle Systeme, die für den Temperaturbereich solarthermischer Kraftwerke ausgelegt waren, nicht über die Testphase hinaus. Eine ausreichende Leistungsdichte des Speichers war noch niemandem gelungen. Erfolg hatten die Wissenschaftler am DLR nun mit einem Sandwichkonzept, bei dem sich mehrere Schichten aus Graphitfolien und Speichermaterial abwechseln. Womit das Potenzial dieses Konzeptes noch nicht ausgereizt ist. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat bereits angekündigt, ein Anschlussprojekt zu starten – mit einem noch weit ambitionierteren Ziel: Die Techniker planen, ihr Speicherprinzip auf eine Ein-Megawatt-Anlage zu erweitern. Dabei sollen sogar Dampftemperaturen von mehr als 300 Grad über Stunden gehalten werden. Damit wäre die rund um die Uhr abrufbare Solarenergie nicht nur für solarthermische Kraftwerke attraktiv.
