Medienmitteilung der Universität Basel vom 16.09.2011

Enzyme, die Katalysatoren der Natur, werden immer häufiger als umweltfreundliche Alternativen zu konventionellen Katalysatoren in chemischen Synthesen eingesetzt. Forschenden der Universität Basel ist es gelungen, die katalytische Aktivität eines aus Meerrettich isolierten Enzyms in einer Polymerisationsreaktion unter Atomtransfer nachzuweisen. Diese neuartige Enzymaktivität könnte zur Herstellung sicherer und günstiger Polymere führen, die keine giftigen oder anderweitig schädlichen Katalysatorrückstände enthalten und als Verpackungsmaterialien für Lebensmittel oder als Materialien in der Medizintechnik eingesetzt werden. Ihre Forschungsergebnisse sind in der online Ausgabe der Fachzeitschrift «Macromolecular Rapid Communications» veröffentlicht.

In Polymerisationsreaktionen werden gleichartige Bausteine (die Monomere) zu grossen Verbindungen, den sogenannten Polymeren, zusammengesetzt. Polymere begegnen uns im Alltag als Kunststoffe in fast allen Bereichen des modernen Lebens, zum Beispiel als Verpackungen, in der Medizintechnik oder als elektronische und optische High-Tech-Materialien. Der Einsatz von Enzymen in derartigen Reaktionen ist bisher auf ein paar wenige konventionelle Polymerisationen beschränkt. In der kontrollierten Radikalpolymerisation unter Atomtransfer (ATRP, atom transfer radical polymerisation) – einer Reaktion mit beträchtlichem kommerziellen Potential, die die Synthese wohldefinierter Polymere mit komplexer Architektur erlaubt – wurden bislang nur Übergangsmetallkatalysatoren eingesetzt, die oft giftig und nicht umweltfreundlich sind.

Nico Bruns und Mitarbeitende vom Departement Chemie der Universität Basel berichten nun über die Aktivität einer Peroxidase, einem Enzym aus den Wurzeln der Meerrettichpflanze, die eine Polymerisation unter den spezifischen Bedingungen einer ATRP katalysiert. Bemerkenswert ist, dass das verwendete Monomer nicht zur Substanzklasse der sogenannten Peroxide gehört, welche normalerweise von Peroxidasen umgesetzt werden.

Diese neuartige Enzymaktivität wird von den Autoren als «ATRPase-Aktivität» bezeichnet und könnte zur Herstellung sicherer und günstiger Polymere führen, die keine giftigen oder anderweitig schädlichen Katalysatorrückstände enthalten und als Verpackungsmaterialien für Lebensmittel oder als Materialien in der Medizintechnik eingesetzt werden könnten. Das hier beschriebene Enzym und andere ATRPasen könnten so zu «grünen Alternativen» konventioneller ATRP-Katalysatoren werden.

Enzyme sind die Katalysatoren der Natur. Ohne sie wäre Leben nicht möglich, da sie chemische Reaktionen unter milden Bedingungen sowohl inner- als auch ausserhalb von Zellen ermöglichen. Enzyme sind aber auch nützliche Werkzeuge des Synthesechemikers als umweltfreundliche, ungiftige und oft hochgradig selektive Alternativen zu konventionellen Katalysatoren.

Originalpublikation:
Severin J. Sigg, Farzad Seidi, Kasper Renggli, Tilana B. Silva, Gergely Kali und Nico Bruns
Horseradish Peroxidase as a Catalyst for Atom Transfer Radical Polymerization
Macromolecular Rapid Communications, 12. August 2011
Macromol. Rapid Commun. 2011, 32; DOI: 10.1002/marc.201100349

Externer Link: www.unibas.ch

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 19.07.2011

Wenn die Sonne scheint, fließt viel Strom aus Solaranlagen ins Netz. Schiebt sich eine Wolkenfront dazwischen, sieht es für den Stromertrag schnell düster aus. Für Stadtwerke lässt sich daher die Sonnenenergie nur schwer einplanen. Einfacher wird das jetzt mit einer Software, die Informatiker der Universität des Saarlandes gemeinsam mit der Firma Luxea GmbH und den Stadtwerken in Sulzbach entwickelt haben. Dabei werden die Vorhersagedaten des Deutschen Wetterdienstes über Wolkenzug und Lichtintensität kleinräumig mit den vorhandenen Photovoltaikanlagen abgeglichen. Für jedes Netzgebiet kann man damit vorhersagen, welcher Stromertrag aus Solarenergie in den kommenden Stunden zu erwarten ist.

Für Energieunternehmen und Hausbesitzer wird es mit der neuen Software einfacher, den stark schwankenden Ertrag aus der Solarproduktion besser zu nutzen. „Mit unseren Prognosen könnte man zum Beispiel die Waschmaschine oder den Geschirrspüler so steuern, dass sie erst dann laufen, wenn viel Solarstrom ins Netz eingespeist wird“, erläutert Holger Hermanns, Professor für Verlässliche Systeme der Saar-Uni. Auch beim Laden von Elektro-Autos oder dem Betrieb von Wärmepumpen käme es oft nicht so genau auf eine Stunde an. „Da die Stromspeicherung teuer und aufwändig ist, sollte man die Sonnenenergie möglichst nutzen, wenn sie anfällt“, erläutert der Informatiker. Die Energieversorger könnten außerdem durch die kurzfristige Vorhersage der Solarproduktion ihren Energiemix besser planen. Damit werde der Bedarf an teurer Regelenergie vermindert. „Wenn man abschätzen kann, wie viel Sonnenlicht an einem Tag die Photovoltaikanlagen in der Region erreicht, muss man zum Beispiel Gasturbinen erst gar nicht anschalten oder kann auf den Zukauf von Atomstrom verzichten“, erklärt Holger Hermanns. Auch könne man kritische Überversorgungen und Engpässe deutlich besser vorhersagen.

Für das Forschungsprojekt haben die Stadtwerke im saarländischen Sulzbach die Daten über die Photovoltaikanlagen in ihrem Bezirk zur Verfügung gestellt. Diese haben die Informatiker mit den präzisen Radarbildern des Deutschen Wetterdienstes abgeglichen und ein Rechenverfahren entwickelt, mit dem sich der zu erwartenden Solarertrag recht präzise bestimmen lässt. Die Firma Luxea in Saarbrücken hat daraus eine Software erarbeitet, die jetzt an interessierte Stadtwerke und Hausbesitzer vertrieben wird. Das IT-Unternehmen konnte dabei seine Erfahrungen aus dem Computerprogramm SOLinvest einbringen, mit dem Planer und Hausbesitzer berechnen können, welcher Solarertrag auf ihren Dächer zu erwarten ist.

Externer Link: www.uni-saarland.de

Medienmitteilung der Universität Basel vom 01.07.2011

Stehen Trinkwasserbrunnen in der Nähe von Flüssen, können sie bei Hochwasser verunreinigt werden. Forschende der Universität Basel haben nun zusammen mit der Firma Endress+Hauser eine Technologie entwickelt, mit der eine drohende Verschmutzung frühzeitig erkannt und die Entnahme von Trinkwasser differenziert gesteuert werden kann.

Trinkwasserbrunnen in unmittelbarer Nähe zu Flüssen sind einer besonderen Gefahr ausgesetzt: Bei Hochwasser kann mit Bakterien und anderen Mikroben belastetes Flusswasser unterirdisch in die Grundwasserfassungen einfliessen. Droht eine mikrobiologische Verunreinigung, müssen die Pumpen abgestellt werden.

Für die Betreiber von Wasserversorgungsanlagen ist es allerdings schwierig, jederzeit richtig einschätzen zu können, wie gefährdet einzelne Grundwasserbrunnen sind. Forschende um Prof. Peter Huggenberger von der Universität Basel haben nun zusammen mit dem Messtechnik-Spezialisten Endress+Hauser mit Sitz in Reinach BL eine neuartige Technologie entwickelt, die auf Messungen und Modellrechnungen beruht. Sie erlaubt es, eine drohende Verschmutzung von flussnahen Brunnen frühzeitig zu erkennen und geeignete Massnahmen bei der Trinkwassergewinnung einzuleiten.

Potenzielle Gefährdung erkennen

Die Wissenschaftler erforschten während drei Jahren im Gebiet der Reinacherheide das komplexe Zusammenspiel von Grundwasser und Flusswasser der Birs. Da der Nachweis von Mikroorganismen in Echtzeit nur mit grossem Aufwand möglich ist, suchten sie nach Parametern, die indirekt eine Gefährdung des Grundwassers anzeigen können. Dies gestaltet sich schwierig, da sich die Gefährdungssituationen bei Hochwasser ständig ändern und immer wieder unterschiedliche Messresultate liefern. Mit statistischen Verfahren lässt sich jedoch aus einer grossen Anzahl von Messdaten die aktuelle Gefährdungssituation erkennen.

Dazu installierten die Forschenden mehrere Sonden, die Daten zu Temperatur, pH-Wert, elektrischer Leitfähigkeit und Wassertrübung erfassen. Diese Informationen werden dann automatisch übertragen, mit statistischen Methoden ausgewertet und mit den Resultaten von Simulationen der Grundwasserströmung verglichen. Zeichnet sich eine potenzielle Gefährdung der Wasserqualität ab, alarmiert das System den Brunnenmeister, damit er die Pumpen so steuern kann, dass sich eine Verunreinigung des Trinkwassers vermeiden lässt.

«Dank dem neuen Analyseverfahren kann der Brunnenmeister eine Gefährdungslage zuverlässig beurteilen, ohne dass er laufend viele unterschiedliche Messdaten interpretieren muss», erläutert Prof. Peter Huggenberger die Vorteile des neuen Überwachungssystems, dessen Entwicklung von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) gefördert wurde.

Technologie mit Marktpotenzial

Der integrative Ansatz von Messtechnik und Gefährdungsanalyse ermöglicht es, adäquat auf eine potenzielle Gefährdung der Wasserversorgung zu reagieren. Das macht die Technologie für zahlreiche Trinkwasserversorger interessant und eröffnet ein grosses Marktpotenzial.

«Die Versorgung mit Wasser ist heute eine der grossen Herausforderungen», sagt Klaus Endress, CEO der Endress+Hauser Gruppe. «Weltweit haben über eine Milliarde Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Hier können wir künftig noch besser helfen, eine sichere Versorgung zu gewährleisten.»

Um die Technologie bis zur Marktreife zu entwickeln, haben die Forschenden zusammen mit dem Industriepartner Endress+Hauser bei der KTI um eine Fortsetzung des Projekts nachgesucht.

Externer Link: www.unibas.ch

Presseaussendung der TU Wien vom 07.06.2011

Gepresste Strohballen sind ein verblüffend simples und wirkungsvolles Dämmmaterial. An der Technischen Universität (TU) Wien wurde von der Gruppe Angepasste Technologie (GrAT) das Dämmen mit Stroh nun zur Marktreife gebracht.

Die einfachsten Ideen sind manchmal die besten: Für die Wärmeisolierung von Häusern braucht man nicht unbedingt High-Tech-Materialien, gepresste Strohballen stellen sich als umweltfreundliche und vielseitig einsetzbare Alternative heraus. Die Gruppe Angepasste Technologie (GrAT) an der TU Wien hat das Konzept genauer untersucht und zur Marktreife gebracht. Die „S-HOUSE Ballen“ sind nun ein offiziell zertifizierter Dämmstoff und können ab sofort eingesetzt werden, um den hohen Ressourcen- und Energieverbrauch der Baubranche zu reduzieren.

CO2-sparende Alternative

„Unser zentrales Ziel war eine Weiterentwicklung des Strohbaus, aufbauend auf bisherigen Forschungsergebnissen“, erklärt Sören Eikemeier (GrAT, TU Wien). Stroh hat viele Vorteile: Es ist ein reines Naturprodukt, speichert Kohlenstoff und ist daher klimafreundlich. Mit einem strohgedämmten Haus lassen sich rund zwanzig Tonnen CO2 vermeiden. Entgegen verbreiteten Vorurteilen brennt Stroh in gepresster Form sehr schlecht und stellt daher kein Sicherheitsrisiko dar.

Behördlich als Baustoff zugelassen

Erzeugt werden nun quaderförmige Dämmelemente in unterschiedlichen Abmessungen aus Getreidestroh. Sie können für Wand- oder Deckenisolierung oder auch für die Dämmung von Dachkonstruktionen eingesetzt werden. Schon von Anfang an war klar: Wenn man nicht nur ein akademisches Konzept vorstellen will, sondern das Produkt tatsächlich auf den Markt bringen möchte, dann ist eine baubehördliche Zulassung der Strohballen als Dämmstoff nötig – und das ist durch die Bemühungen der GrAT an der TU Wien nun gelungen. Damit müssen keine zusätzlichen Auflagen für eine Baugenehmigung mehr erfüllt werden, Bauträger und Nutzer können auf ein Produkt mit hohen Qualitätsstandards vertrauen, das auch Sicherheit in Gewährleistungsfragen bietet. Außerdem wird es als geprüfter ökologischer Dämmstoff mit der Österreichischen Technischen Zulassung (ÖTZ) bei Wohnbauförderungen berücksichtigt.

TU Wien arbeitet am „Haus der Zukunft“

Die „S-HOUSE Ballen“ sind Teil eines Projektes der Programmlinie „Haus der Zukunft“, die vom österreichischen Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie finanziert wird. In vielen Teilprojekten werden Ideen entwickelt, Bauen und Wohnen umweltverträglicher zu machen. Das Bauen mit Stroh gehört zu den international am meisten beachteten Ergebnissen der Programmlinie „Haus der Zukunft“. Österreich hat sich in Europa durch zahlreiche erfolgreich durchgeführte Projekte die Themenführerschaft in diesem Bereich erarbeitet. Unterstützt wurde die Erarbeitung der ÖTZ der S-HOUSE Ballen auch von den Ländern Nieder- und Oberösterreich.

Bestellungen bereits möglich

Das beste Konzept bleibt wirkungslos, wenn man Produzenten und Konsumenten nicht zueinander bringen kann. Produzenten und Landwirte erhalten daher von der GrAT das Know-how zur durchgängigen Logistik und Qualitätssicherung, um den Rohstoff Stroh zu einem marktfähigen Dämmstoff zu verarbeiten. Wer nun daran interessiert ist, sein Haus ökologisch sinnvoll zu dämmen, kann die S-HOUSE Ballen über die GrAT beziehen. Zurzeit ist eine Bestellung der gewünschten Ballenanzahl vor dem Beginn der Ernte erforderlich, an einer ganzjährigen Verfügbarkeit wird gerade gearbeitet. Eine Zwischenlagerung beim Produzenten ist möglich, der Transport kann organisiert werden. Auch Beratung durch Strohbauexperten wird angeboten.

Die GrAT

Die Gruppe Angepasste Technologie (GrAT) ist ein wissenschaftlicher Verein an der Technischen Universität Wien und setzt sich aus AkademikerInnen und StudentInnen der verschiedensten Fachrichtungen zusammen. Die verbindende Idee ist das gemeinsame Bewusstsein um die Verantwortung für einen sozial- und umweltverträglichen Umgang mit Technik und ihren Folgen. Im Rahmen flexibler Projekt- und Arbeitsstrukturen werden die Themen Angepasste Technologie, Nachhaltige Entwicklung und Kreislaufwirtschaft in interdisziplinären Forschungsprojekten bearbeitet und weiterentwickelt. (Florian Aigner)

Externer Link: www.tuwien.ac.at