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Dienstag, 03 August 2021 11:59

Brief aus England

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Geschätzte Lesezeit: 10 - 19 Minuten
Abb. 3: Bild der geplanten General Fusion Anlage nahe Oxford UK Abb. 3: Bild der geplanten General Fusion Anlage nahe Oxford UK

 

Klimawandel

Haben wir nicht schon genug über den Klimawandel gehört? Gibt es wirklich etwas Neues zu sagen? Nun, ich glaube schon. Vor ein paar Wochen hat die IEA (Internationale Energieagentur) mit Sitz in Paris eine große Studie veröffentlicht. Es handelt sich dabei um eine Roadmap, die zeigt, wie die Welt bis zum Jahr 2050 den Weg zu fast Null CO2-Emissionen finden könnte. Eine wichtige Grafik ist in Abbildung 1 dargestellt.

Die Abbildung ist in zwei Hälften geteilt – auf der linken Seite zeigt sie den historischen Anstieg des Verbrauchs fossiler Brennstoffe, während auf der rechten Seite ein möglicher projizierter Rückgang dargestellt ist. Der Leser wird feststellen, dass Kohle, der schmutzigste aller Brennstoffe, den größten Rückgang aufweist, gefolgt von Erdöl, das weniger CO2 emittiert, und zuletzt – da es die meisten Wasserstoffatome enthält – Erdgas. Der IEA-Bericht stellt auch fest, dass ab sofort keine Notwendigkeit mehr besteht, neue Kohleminen oder Ölfelder zu erkunden und zu erschließen.

Abb. 1: Möglicher Fahrplan für die globale Reduzierung der Nutzung fossiler Brennstoffe. Vertikale Achse = Exa Joules  Abb. 1: Möglicher Fahrplan für die globale Reduzierung der Nutzung fossiler Brennstoffe. Vertikale Achse = Exa Joules

Die globalen Auswirkungen dieses Szenarios sind enorm. Länder, die fossile Brennstoffe exportieren, werden einen doppelten Schlag erleiden. Einerseits werden ihre Exporte von Kohle, Öl und Gas schrumpfen. Aber zu allem Überfluss wird auch der Stückpreis dieser Brennstoffe sinken. Wir wissen seit langem, dass der Preis für fossile Brennstoffe sehr empfindlich auf die Marktnachfrage reagiert. Wer werden also die Hauptverlierer sein? Die nachfolgenden Aufzählungen zeigen die 15 weltweit führenden Kohle- und Rohölexporteure im Jahr 2019 und jeweils deren prozentualen Anteil am Weltmarkt:

Kohleexporteure

1. Australien: 44,4 Mrd. Dollar (37,5 % aller Kohleexporte)
2. Indonesien: 21,5 % Mrd. Dollar (18,2 %)
3. Russland: 16 Mrd. Dollar (13,5 %)
4. USA: 9,8 Mrd. Dollar (8,3 %)
5. Kolumbien: 5,2 Mrd. Dollar (4,4 %)
6. Kanada: 5,2 Mrd. Dollar (4,4 %)
7. Südafrika: 4,8 Mrd. Dollar (4,1 %)
8. Niederlande: 3,2 Mrd. Dollar (2,7 %)
9. Mongolei: 3,1 Mrd. Dollar (2,6 %)
10. Mosambik: 1 Mrd. Dollar (0,9 %)
11. China: 933 Mio. Dollar (0,8 %)
12. Polen: 623 Mio. Dollar (0,5 %)
13. Philippinen: 461 Mio. Dollar (0,4 %)
14. Kasachstan: 450 Mio. Dollar (0,4 %)
15. Belgien: 217 Mio. Dollar (0,2 %)

Rohölexporteure

1. Saudi Arabien: 133,6 Mrd. Dollar (13,6 % aller Rohölexporte)
2. Russland: 121,4 Mrd. Dollar (12,1 %)
3. Irak: 83,3 Mrd. Dollar (8,3 %)
4. Kanada: 68,1 Mrd. Dollar (6,8 %)
5. V. A. E.: 66,1 Mrd. Dollar (6,6 %)
6. USA: 65,3 Mrd. Dollar (6,5 %)
7. Kuwait: 42 Mrd. Dollar (4,2 %)
8. Nigeria: 41 Mrd. Dollar (4,1 %)
9. Kasachstan 33,6 Mrd. Dollar (3,3 %)
10. Angola: 32,3 Mrd. Dollar (3,2 %)
11. Norwegen: 28,8 Mrd. Dollar (2,9 %)
12. Libyen: 24,8 Mrd. Dollar (2,5 %)
13. Brasilien: 24 Mrd. Dollar (2,4 %)
14. Großbritannien: 23,7 Mrd. Dollar (2,3 %)
15. Mexiko: 22,6 Mrd. Dollar (2,2 %)

Viele der hier genannten Länder exportieren kaum etwas anderes. Mit anderen Worten, sie sind vollständig von den Exporten fossiler Brennstoffe abhängig. Was wird die Zukunft für sie bereithalten? Für Russland, z. B., sind 80 % aller Exporte fossile Brennstoffe (Öl, Gas, Kohle). Dann gibt es Länder, die wenig Kohle exportieren aber große Mengen an Kohle im Inland verbrauchen. Deutsche Leser werden die Probleme an der deutsch-polnischen Grenze gut kennen. Abbildung 2 zeigt die Lage der riesigen polnischen Kohlemine in Turow, die in der Region um Zittau (D) große Probleme verursacht. Die EU plant, bis zum Jahr 2050 carbonneutral zu sein, aber zur Zeit ist Polen davon ausgenommen und Polen plant sogar, die Nutzung von Kohle auszuweiten. Ich habe schon früher darauf hingewiesen, dass Kohle der schmutzigste aller Brennstoffe ist. Eigentlich müsste dieses Prädikat an die Braunkohle gehen, die in der Region um Turow und auch in Tschechien und Deutschland vorkommt.

Eine Kohlenstoff-Grenzsteuer?

Abb. 2: Die riesige polnische Kohlemine bei Turow ist kein guter NachbarAbb. 2: Die riesige polnische Kohlemine bei Turow ist kein guter NachbarIch habe keine Ahnung, wie die EU die Situation in Polen handhaben wird, und Serbien ist ebenfalls ein großer Nutzer von Kohle. Aber Länder wie China und Indien, die beide zu den größten Kohleverbrauchern der Welt gehören, sind frei zu handeln, wie sie wollen, und wir können ihre Kohlenstoffemissionen nicht kontrollieren. China hat Pläne, 147 GW an neuen Kohlekraftwerken zu bauen. Und so wurde die Idee einer Kohlenstoff-Grenzsteuer vorgeschlagen. Waren, die in ein Land importiert werden, würden mit einer Importsteuer belastet, die sich nach den Kohlenstoffemissionen im Herkunftsland berechnet. Die EU hat versprochen, noch in diesem Monat (Juli) Vorschläge zu unterbreiten, und Präsident Biden und andere führende Politiker prüfen die Idee. Aber wie würde eine solche Steuer funktionieren? Würde für einen Pkw, z. B. aus Stahl und Alu und anderen Materialien, der CO2-Gehalt jedes Materials separat berechnet werden? Das wäre ja enorm kompliziert. Oder würden alle Waren, die aus einem bestimmten Land kommen, mit dem gleichen Steuersatz belegt? Das würde einer armen Volkswirtschaft wie Indien schaden. Und bei einer Volksabstimmung in der Schweiz wurde kürzlich der Vorschlag der Regierung, die Treibstoffsteuer zu erhöhen, abgelehnt. Eine „grünere Welt“ zu schaffen, wird weltweit zu großen wirtschaftlichen Veränderungen führen. Es wird Gewinner und Verlierer geben, und wir als Individuen werden einen Preis zahlen müssen. Es ist klar, wie in der Schweiz, dass viele nicht bereit sind, dies zu tun. In einer Demokratie setzt sich der Wille des Volkes durch. Aber ist das bereit, zu bezahlen?

Nachhaltige Energiequellen

Überall auf der Welt werden Windkraftanlagen an Land und auf dem Meer gebaut, und der Preis für Windenergie ist stetig gesunken und liegt jetzt bei ca. 60 Euro/MWSt, niedriger als bei den meisten anderen Energiequellen. Aber es wird immer noch ein Bedarf an Energiequellen bestehen, die nicht vom Wetter oder der Tageszeit abhängen. Kernkraft ist weiterhin ein großes Problem, große Kernkraftwerke (ca. 3GW), die in England, Frankreich und anderswo gebaut werden, erleben eine Verzögerung nach der anderen, während ihre Kosten weiter eskalieren. Während in England die Hinkley Point Anlage bis 2026 fertiggestellt werden soll, wird immer noch darüber diskutiert, ob eine ähnliche Anlage in Essex gebaut werden soll. Die Stromkosten der Hinkley Point Anlage werden auf ca. 110 Euro/MWSt geschätzt.

Abb. 4: Experimenteller Fusionsreaktor (Foto: General Fusion, Kanada)Abb. 4: Experimenteller Fusionsreaktor (Foto: General Fusion, Kanada)Der Fokus liegt nun auf SMRs (Small Modular Reactors). Diese würden fabrikgefertigt (also vom Wetter unabhängig) und auf Lkw zu ihrem Bestimmungsort transportiert. Rolls-Royce (das jahrzehntelange Erfahrung im Bau von U-Boot KKR hat) glaubt, diese bis zum Jahr 2030 liefern zu können und es gibt sicherlich ähnliche Projekte in Russland und den USA und wahrscheinlich in China. SMRs hätten typischerweise eine Leistung von etwa 400 MW. Man könnte sagen, dass es einen Wettlauf darum gibt, wer den ersten kommerziellen SMR produzieren kann.

Dahinter liegt als ultimatives Ziel der Fusionsreaktor, der keinen radioaktiven Abfall produziert. Auch hier entwickeln mehrere Nationen diese Technologie, entweder einzeln oder als internationale Gruppen. In den letzten Wochen hat die kanadische Firma General Fusion, mit finanzieller Unterstützung von Jeff Bezos (Amazon), einem der reichsten Männer der Welt, angekündigt, einen Prototyp in Culham (nahe Oxford, England), zu bauen. Abbildung 3 zeigt, wie die Anlage aussehen wird, Abbildung 4 zeigt einen früheren, kleineren Testreaktor. Die Meinung unter Experten ist, dass eine erfolgreiche Fusionstechnologie nicht mehr eine Frage des ob ist, sondern nur noch eine Frage des wann. Wie bei den SMRs gibt es nun einen Wettlauf, wer den ersten kommerziellen Reaktor entwickelt. Und wie bei den SMRs haben wir wenig Ahnung, was in Russland oder China passiert.

Fazit: Eine „grünere Welt“ zu schaffen, wird weltweit zu großen wirtschaftlichen Veränderungen führen. Es wird Gewinner und Verlierer geben, unter letzteren vor allem Australien, der Nahe Osten und Russland. Die Verliererländer werden dann vielleicht weniger Geld haben, um Produkte (wie Pkw) aus Europa, Japan und den USA zu kaufen. Wie und wo wird Deutschland in diese Zukunft passen? Ich weiß es nicht.

Quatar Airways ist unglücklich

Quatar Airways ist ein Großkunde von Airbus und hat größere Stückzahlen des Airbus A350 bestellt. Doch die Fluggesellschaft des Golfstaates hat nun im Streit mit Airbus einige ihrer Flugzeuge am Boden gelassen und neue Auslieferungen gestoppt. Quatar ist nach Singapore Airlines der zweitgrößte Nutzer der A350 weltweit und hat 53 Flugzeuge dieses Typs im Einsatz, was 12 Prozent aller Maschinen entspricht. Weitere 23 Flugzeuge sind bereits bestellt. Die A350 macht fast ein Viertel der 235 Flugzeuge umfassenden Flotte von Qatar aus. Die Fluggesellschaft behauptet, festgestellt zu haben, dass sich die Oberfläche unter dem Lack einiger ihrer Airbus A350-Flugzeuge beschleunigt abbaut. Die Airline hat einen Teil ihrer Flotte mit einem Flugverbot belegt, „bis der Zustand und die Ursache verstanden und behoben werden können.“ Die Fluggesellschaft fuhr fort: „Qatar Airways wird verlangen, dass dieser Zustand und die zugrunde liegende Ursache vollständig verstanden und behoben werden, bevor weitere Airbus A350 ausgeliefert werden.“ Der Chef von Qatar Airways ist Akbar Al Baker, der dafür bekannt ist, hart zu verhandeln, und vielleicht hat er andere Gründe, die Auslieferung weiterer Flugzeuge zu verzögern. Allerdings ist die Unterbodenkorrosion von lackiertem Aluminium ein bekanntes Problem. Das Problem trat auf, als Quatar einen vier Jahre alten A350 zur Neulackierung nach Irland schickte, und die Fluggesellschaft fragt sich nun, wie viele andere ihrer A350 das gleiche Problem haben. Abbildung 5 zeigt die Arbeiten in der irischen Lackiererei.

Grüne Wärme für ältere Häuser

Abb. 5:  Neulackierung eines A350 in IrlandAbb. 5: Neulackierung eines A350 in IrlandNicht jedes Haus ist für den Einbau einer Wärmepumpe geeignet oder liegt in der Nähe der Gasleitung, die eines Tages auf Wasserstoff umgestellt werden könnte. Für solche Fälle hat ein kleines Start-up-Unternehmen einen sehr großen Wärmespeicher entwickelt. Häuser könnten mit riesigen „Wärmebatterien“ warm gehalten werden, die von einem britischen Start-up-Unternehmen entwickelt wurden, das Unterstützung von der Regierung und externen Investoren erhalten hat. Caldera (www.caldera.co.uk) mit Sitz in Hampshire, Großbritannien, nutzt billigen Strom außerhalb der Spitzenzeiten und elektrische Elemente, um einen riesigen hochisolierten Materialblock namens Warmstone zu beheizen, der aus recycelten Metallen und Zuschlagstoffen besteht. Eine Spule von Wasserrohren führt durch den Block und erhitzt Wasser, das dann in einem herkömmlichen Zentralheizungssystem mit Heizkörpern und einem Warmwasserspeicher verwendet werden kann.

Mit einem Gewicht von 1,7 Tonnen und einer Höhe von 1,7 Metern bei einem Durchmesser von 1 Meter ist die Wärmebatterie für die Installation außerhalb eines Grundstücks vorgesehen und soll in erster Linie als Ersatz für Öl- oder LPG (Liquefied Petroleum Gas)-Kessel dienen, die in mehr als einer Million der Haushalte verwendet werden, die nicht an das Gasnetz angeschlossen sind.

Ölheizungen sollen in den kommenden Jahren schrittweise abgeschafft werden, um die Klimaziele zu erreichen, aber der Wechsel zu elektrisch betriebenen Luft- oder Erdwärmepumpen wird sich in älteren Häusern mit massiven Wänden und schlechter Isolierung wahrscheinlich als schwierig erweisen.

Die Installation von Wärmepumpen kann je nach Typ zwischen 6000 und mehr als 15 000 Euro kosten, aber Isolierung und andere Änderungen, um sie effizient arbeiten zu lassen, könnten die Gesamtrechnung in einigen Massivwänden auf mehr als 25 000 Euro erhöhen.

Abb. 6: Die Caldera-EinheitAbb. 6: Die Caldera-EinheitCaldera behauptet, dass seine Wärmebatterie, die im Einzelhandel etwa 13 000 Euro kosten wird, eine kosteneffiziente, kohlenstoffarme Alternative bietet und ohne weitere Renovierungsarbeiten anstelle eines Öltanks und -kessels eingesetzt werden kann.

Der Vorschlag beruht auf der Nutzung intelligenter Stromzähler und variabler Strompreise, um die Batterie zu günstigen Tarifen außerhalb der Spitzenzeiten zu beheizen, etwa wenn es einen Überschuss an Windstrom gibt. Caldera sagt, dass mehrere Unternehmen Strom außerhalb der Spitzenzeiten zu Tarifen anbieten, die die Betriebskosten vergleichbar mit oder billiger als die eines Ölkessels machen würden.

Das 2017 gegründete Unternehmen Caldera hat bisher rund 1,2 Millionen Pfund an Fördermitteln von der britischen Regierung und offiziellen Stellen erhalten und wird vom Energy Systems Catapult unterstützt. Guy Newey, Direktor für Strategie bei der unabhängigen, von der Regierung unterstützten Innovationsagentur, sagte: „Caldera hat mit Warmstone eine potenziell bahnbrechende Technologie geschaffen, und wir arbeiten hart daran, ihnen zu helfen, sie auf den Markt zu bringen.“ Die in Abbildung 6 gezeigte Einheit ist in der Lage, ein Haus mit vier Schlafzimmern mit Zentralheizung zu versorgen, selbst an den kältesten Wintertagen.

Caldera führt nun eine externe Fundraising-Runde durch, die bisher mehr als 600 000 Pfund (ca. 700 800 Euro) durch eine Kombination aus Crowdfunding, anderen privaten Investoren und einer strategischen Investition von 130 000 Pfund (152 000 Euro) von dem deutschen multinationalen Unternehmen König Metall eingebracht hat.

Chemische und mechanische Reinigung sind nicht der einzige Weg

Abb. 7: Mikrobielle Reinigung hat die Schönheit von Michelangelos Marmorskulpturen wiederhergestelltAbb. 7: Mikrobielle Reinigung hat die Schönheit von Michelangelos Marmorskulpturen wiederhergestelltAls Oberflächentechniker denken wir bei Reinigungsproblemen eher an chemische oder vielleicht mechanische Methoden, vielleicht auch an Ultraschall. Doch aus Italien kommt ein etwas anderer Ansatz. Seit Hunderten von Jahren sind die wunderbaren Marmorskulpturen von Michelangelo in Florenz und anderen italienischen Städten zu sehen (Abb. 7). Kein Wunder, dass sie nach und nach mit Ruß und Staub und anderen Verunreinigungen aus der Stadtluft verschmutzt wurden. Wie reinigt man also am besten diese unbezahlbaren Schätze? Italienische Wissenschaftler haben die Pandemie-Sperre genutzt, um mit dem Einsatz von Bakterien als Reinigungsmittel an Michelangelos Marmorstatuen in der Medici-Kapelle in Florenz zu experimentieren, um so eine gutartige Biowaffe auf den jahrhundertealten Schmutz loszulassen. Die Mikroben verschlangen Öl, Leim und Phosphate, die sich den traditionellen Reinigungsmethoden widersetzt hatten. Beraten von Wissenschaftlern der italienischen Technologieforschungsagentur ENEA wählten die Kunstrestauratoren Bakterienstämme aus, die Flecken selektiv entfernen können. Sie sammelten sie aus Gerbereiabfällen, mit Diesel verunreinigter Erde und schwermetallhaltiger Erde aus einer Mine. Eine Art, Serratia ficaria SH7, entfernte Spuren der Verwesung der Leiche von Alessandro de Medici, der 1537 ermordet wurde. „Sein Sarkophag bereitete die meisten Probleme, weil der Leichnam nicht ausgeweidet worden war. Die Substanzen, die bei der Verwesung entstanden, waren direkt durch den Marmor gegangen“, sagt die Forscherin Anna Rosa Sprocati.

Die Restauratoren verwendeten auch Bakterien, um Kerzenflecken von Alessandro Algardis Treffen von Attila und Papst Leo, einem Marmorrelief im Petersdom in Rom, zu entfernen.

Sprocati sagte, die Ergebnisse zeigten, dass die Technik für eine breitere Anwendung bereit sei. Mit ziemlicher Sicherheit werden diese Methoden eher langsam sein, aber auch so kann es spezielle Fälle geben, in denen wir sie einsetzen können.

Elektroautos: doch nicht so grün?

Laut einer Studie müssen Elektroautos bis zu 80 000 km zurücklegen, um die gleiche CO2-Bilanz wie ein Benzinmodell zu erreichen, da während des Produktionsprozesses eine große Menge an Energie verbraucht wird. Die Herstellung eines Elektroautos verursacht hohe Treibhausgasemissionen, vor allem wegen des Batteriepacks und anderer umweltbelastender Materialien, so die Studie.

Sie berichtet, dass die Herstellung eines Volvo Polestar 2 Elektroautos 24 Tonnen Kohlendioxid (CO2) verursacht. Demgegenüber stehen 14 Tonnen bei der Produktion eines mit fossilen Brennstoffen betriebenen Volvo XC40. Die Analyse besagt, dass der Unterschied über die Lebensdauer des Fahrzeugs ausgeglichen wird, was die Verwendung einer Batterie gegenüber Benzin oder Diesel widerspiegelt, obwohl Autofahrer das Elektroauto fast 80 000 km weit fahren müssen, bevor seine CO2-Bilanz unter der eines konventionellen Fahrzeugs liegt. Diese Strecke sinkt auf 50 000 km, wenn der gesamte verwendete Strom aus erneuerbaren Quellen stammt. Die Forscher ermittelten ähnliche Ergebnisse für andere Autos, darunter den e-Golf von Volkswagen und sein Diesel-Pendant. Einige Daten sind in Abbildung 8 dargestellt.

Abb. 8: CO2, das bei der Autoherstellung entstehtAbb. 8: CO2, das bei der Autoherstellung entsteht

Die Studie, die von Fahrzeug- und Technologieunternehmen wie Honda, McLaren, Aston Martin und Bosch in Auftrag gegeben wurde, besagt, dass es keinen Königsweg gibt, um das Straßenverkehrssystem zu sanieren. Sie sagt aus, dass die Konzentration auf die Auspuffemissionen eines Fahrzeugs – das Maß, das normalerweise verwendet wird, um einen Wechsel von fossilen Brennstoffen zu Elektrofahrzeugen zu rechtfertigen – zu einfach ist.

Der Bericht stellt fest, dass von den Autoherstellern „mehr Transparenz über den gesamten CO2-Fußabdruck“ der Fahrzeuge benötigt wird. Er schlägt vor, dass Autos ein ähnliches System benötigen wie ein Energieausweis, der für in Großbritannien verkaufte Häuser gilt.

Wie wir älter werden

Das Durchschnittsalter der Europäer steigt stetig an und damit auch die Kosten für den Steuerzahler. Wir müssen alles tun, um die Mobilität älterer Menschen zu erhalten. Einer der häufigsten Unfälle ist, dass ältere Menschen das Gleichgewicht verlieren, stürzen und sich dabei verletzen. Ein neu entwickeltes, sehr einfaches Gerät minimiert diese Gefahr.

Forscher haben ein kleines, einem Fingerhut ähnelnden Gerät entwickelt, das seinen Trägern helfen kann, den Halt zu behalten, wenn sie das Gleichgewicht verlieren. Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Erfindung die Zahl der Stürze von älteren oder gebrechlichen Menschen signifikant reduzieren wird. Das Gerät erkennt, wenn jemand schwankt, und gibt dann eine winzige Vibration ab, die den Träger so weit anstößt, dass er sein Gleichgewicht wiederfindet. Das Gerät wurde von einem kürzlich entdeckten Phänomen inspiriert, bei dem schon die leichteste Berührung ausreicht, um einen Sturz zu verhindern. Frühere Experimente haben gezeigt, dass eine Person, die einen Vorhang oder ein vor ihr hängendes Stück Papier nur mit den Fingerspitzen leicht berührt, das Schwanken verringern kann, selbst wenn die Augen der Person geschlossen sind. Das Phänomen, das die Forscher noch nicht vollständig verstehen, existiert auch dann, wenn das Objekt nicht fest genug ist, um sie zu stützen.

Das neue Gerät, das in Abbildung 9 zu sehen ist, wurde in Japan an der Yokohama National University und der Prefectural University of Hiroshima entwickelt.

Abb. 9: Ein einfaches Gerät zur Vermeidung von StürzenAbb. 9: Ein einfaches Gerät zur Vermeidung von Stürzen

Mit zunehmendem Alter kann sich unser Gleichgewichtssinn verschlechtern, weil die Zellen im vestibulären System im Innenohr, wo wir das Gleichgewicht wahrnehmen, absterben. Dies kann zu einem leichten Schwanken beim Stehen und Gehen und in der Folge zu einem Sturz führen. Obwohl Hilfsmittel helfen können, haben Forscher herausgefunden, dass ihre Verwendung unter bestimmten Umständen, wie z. B. auf der Treppe oder beim Ein- und Aussteigen aus einem Auto, den Gleichgewichtssinn sogar noch weiter beeinträchtigen und das Verletzungsrisiko erhöhen kann.

Das neue Gerät, das wie ein Fingerhut geformt und mit Silikongummi überzogen ist, wird über der Oberseite des dominanten Zeigefingers der Person getragen, wobei ein Draht mit einem kleinen Computer verbunden ist, der am Handgelenk getragen wird und ähnlich wie eine intelligente Uhr aussieht. Das virtuelle, leicht zu bedienende Gerät nutzt einen Beschleunigungsmesser, der in Smartphones zu finden ist und jede Änderung der Beschleunigung erkennt, um Daten an den Mikrocomputer am Handgelenk zu senden. Erkennt er, dass jemand zu schwanken beginnt, gibt das Gerät einen „Stupser“ in Form einer Vibration an die Fingerspitze. Die Intensität und Richtung der Vibrationen entsprechen der Richtung und Stärke des Schwankens.

Die Forscher sagten, dass das System an 150 Freiwilligen im Alter von 60 bis 90 Jahren getestet wurde, indem man sie dazu brachte, mit der Spitze des einen Fußes gegen die Ferse des anderen zu stehen. Sie fanden heraus, dass beim Tragen des Geräts das Gleichgewicht genauso wiederhergestellt wurde wie beim Berühren eines physischen Vorhangs, und zwar „deutlich geringer“ als bei jemandem, der nur mit der Hand in der Luft winkte, um das Gleichgewicht zu halten. Die Forscher sagen, dass sie das Gerät verbessern wollen, indem sie es leichter und kompakter machen. Es reiht sich ein in eine wachsende Zahl von Gadgets, die Warnungen senden können, wenn jemand bereits umgefallen ist. Die Apple Watch kann erkennen, ob jemand einen schweren Sturz erlitten hat und ruft den Notdienst an, wenn sie feststellt, dass die Person dann eine Minute lang unbeweglich ist und nicht auf Benachrichtigungen reagiert. Die smarte Uhr sendet dann auch eine Nachricht an die Notfallkontakte des Trägers, um sie wissen zu lassen, dass es einen harten Sturz gegeben hat.

Ein neues Material

Abb. 10:  3D-gedruckte Schachfiguren, die (rechts) die  charakteristischen Schreger-Linien von echtem Elfenbein zeigenAbb. 10: 3D-gedruckte Schachfiguren, die (rechts) die charakteristischen Schreger-Linien von echtem Elfenbein zeigenEin synthetisches Material, das wie Elefantenelfenbein aussieht und mit hoher Auflösung in 3D gedruckt werden kann – genannt „Digory“ für „digitales Elfenbein“ – wird verwendet, um historische Kunstwerke zu restaurieren, die Elfenbein aus Elefantenstoßzähnen enthalten.

Die Forscher sagen, dass es für Restaurierungsprojekte von unschätzbarem Wert sein wird. Echtes Elefantenelfenbein wurde vor allem im alten China über Jahrtausende hinweg oft für wichtige Kunstwerke verwendet.

Das Material könnte auch dazu beitragen , die Wilderei zu verhindern, die das Überleben der wilden Elefanten in vielen Teilen der Welt bedroht. Es sollte überhaupt keine Nachfrage nach Elfenbein aus Tieren geben. „Es gibt so viele Alternativen“, sagt Dr. Thaddäa Rath von der TU Wien. Kein Schmuckstück und keine Dekoration ist den Tod eines einzigen Tieres wert.

Dr. Rath und ein Team um den Materialwissenschaftler Dr. Jürgen Stampfl entwickelten das neue Material. Es ist aus einer lichtdurchlässigen Mischung aus synthetischem Acrylharz und Partikeln von Tricalciumphosphat hergestellt. Man verwendete es, um mehrere winzige Elfenbeinornamente nachzubilden, die aus einer verzierten Schatulle aus dem 17. Jahrhundert in einer Kirche in Mauerbach in Österreich verloren gegangen waren. Abbildung 10 zeigt zwei Schachfiguren, die mit der neuen Technologie gedruckt wurden. Das rechte Stück reproduziert die charakteristischen Schreger-Linien, die in echten Elfenbeinstücken zu finden sind.

Elefantenelfenbein wurde früher häufig für solche Kunstwerke verwendet, aber der internationale Handel mit Elfenbein ist seit 1989 verboten. Restauratoren verwenden heute nur noch ungern echtes Elefantenelfenbein und es ist außerordentlich teuer geworden, auch wenn die Verwendung in kleinen Mengen nach internationalem Recht erlaubt ist.

Stattdessen benutzten Forschungsteam und Cubicure (www.cubicure.com), ein aus der Universität ausgegliedertes Unternehmen für Präzisions-3D-Druck, Digory, um 18 der fein geschnitzten und dekorativen Elfenbein-Kapitelle herzustellen, die in der Mauerbach-Schatulle fehlen.

Es gibt bereits andere synthetische Elfenbeine, aber laut den Forschern ist Digory das erste, das mit hoher Auflösung mittels Stereolithographie gedruckt werden kann. Dabei werden Polymere in der 3D-Tinte mit Laserlicht vernetzt und komplexe Formen Schicht für Schicht aufgebaut.

Digory besitzt die gleichen optischen und mechanischen Eigenschaften wie Elefantenelfenbein, sagen die Forscher. Es kann farblich angepasst und in jede beliebige Form gebracht werden, und es kann dann poliert, geschnitzt, gebohrt oder geklebt werden wie echtes Elfenbein. Auch die dunklen Adern, die bei Elefantenelfenbein oft zu sehen sind, lassen sich durch Auffrischen mit einer Farbmischung aus schwarzem Tee nachbilden.

Dr. Ulrike Wegst, Materialwissenschaftlerin und Ingenieurin an der Northeastern University in Boston, USA, die sich mit bio-inspirierten Materialien beschäftigt, sagt, dass Digory eine zeitgemäße Ergänzung auf dem Gebiet ist, die helfen könnte, weitere Wilderei für Elefantenelfenbein zu verhindern. Das additive Verfahren des 3D-Drucks eignet sich ideal für die materielle und kostengünstige Reproduktion komplizierter alter Designs sowie für die Herstellung aufwändiger neuer Designs, für die sonst hochqualifizierte Spezialkünstler erforderlich wären.

Dr. Wegst, die nicht an der Forschung beteiligt war, denkt, dass es interessant wird, zu beobachten, ob Digory ähnlich wie echtes Elfenbein „altert“, das mit der Zeit seine Farbe verändert, und ob die bei der Herstellung verwendeten Additive verhindern können, dass es spröde wird wie einige andere Polymere.

Quelle: T Rath et al, Appl. Mater. Today, 2021,

DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101016

 

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 7
  • Jahr: 2021
  • Autoren: Dr. Anselm T. Kuhn
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