Brief aus England

Wenn wir an „Onkel Helmut“ denken, fällt uns ein weiterer seiner Sprüche ein: „Unsere europäische Heimat“. Aber in den letzten Monaten wird diese Heimat langsam zu einer Festung. Um die Grenzen Europas werden Mauern und Stacheldrahtzäune errichtet. Der dienstälteste Diktator Europas, Alexander Lukaschenko aus Weißrussland, seit 1994 an der Macht, führt eine Art hybriden Krieg gegen die EU. Er arrangiert Billigflüge aus dem Nahen Osten nach Minsk und stellt dann Busse bereit, die Migranten an die weißrussischen Grenzen zu Polen, Litauen und Lettland bringen. Diese Länder haben daher kaum eine andere Wahl, als Grenzzäune zu errichten, was sie auch langsam tun. Das ist teuer und wird Zeit brauchen. Aber es ist schwer vorstellbar, was sonst noch getan werden könnte. Sollten die Sanktionen gegen Belarus gelockert werden? Oder sollten sie weiter verschärft werden? Aber nicht nur entlang der Grenze zwischen der EU und Weißrussland werden Barrieren errichtet. Die Türkei baut eine 295 km lange Mauer, die etwa die Hälfte der 534 km langen Grenze zum Iran einnehmen wird (Abb. 1). Ganze Abschnitte davon werden 4 m hoch sein. In der Zwischenzeit hat Griechenland eine 40 km lange Sperre anderer Bauart entlang seiner Grenze zur Türkei fertiggestellt.

Ungarn baute 2015 einen 523 km langen Zaun entlang seiner Grenze zu Serbien und Kroatien. Auch die Türkei hat eine 911 km lange High-Tech-Barriere entlang ihrer gesamten Grenze zu Syrien errichtet. Ich werde hier nicht über die Chinesische Mauer (immer noch die mit Abstand längste der Welt) oder Präsident Trumps „schöne Mauer“ entlang der US-mexikanischen Grenze sprechen (nur ein kleines Stück wurde tatsächlich fertiggestellt). Deutsche Leser werden mehr über die berüchtigte Berliner Mauer wissen als ich. Was kann man also über diese riesigen Bauprojekte sagen, von denen viele noch nicht fertiggestellt sind?

Erstens handelt es sich um finanzielle Großprojekte, die bisher allein in Europa ca. 20 Milliarden Euro gekostet haben und Tausende von Arbeitsplätzen für europäische Unternehmen, auch in unserer Branche, schaffen (Stichwort: Schmelztauch-Verzinkung). Aber darüber hinaus sind diese Mauern politisch und moralisch höchst umstritten. Es ist nicht einfach, zwischen politisch oder religiös Verfolgten, wie Christen, die aus islamischen Ländern fliehen (oder schiitischen Muslimen, die aus sunnitischen Ländern fliehen) einerseits und sogenannten Wirtschaftsmigranten anderseits (diejenigen, die einfach ein besseres Leben suchen) zu unterscheiden.

In vielen Fällen fallen sie in beide Kategorien. Die politischen Führer haben ihre eigenen Ansichten. Der türkische Präsident Erdogan erklärt, er werde nicht zulassen, dass die Türkei zu einem „Lagerhaus“ für Migranten wird. In Anbetracht der Tatsache, dass sich z. Zt. über 4 Millionen Flüchtlinge in der Türkei aufhalten, zumeist Syrer, kann man seinen Standpunkt verstehen. Am anderen Ende der Skala stehen Wohltätigkeitsorganisationen wie Amnesty International, von denen einige den Standpunkt vertreten „Arme Teufel – wir sollten sie alle willkommen heißen“. Dann gibt es noch die Ansicht, dass illegale Einwanderer umso mehr Risiken eingehen und umso mehr Menschen bei dem Versuch sterben werden, je schwerer wir es ihnen machen, unsere Grenzen zu überschreiten. Das mag stimmen, ist aber kaum ein stichhaltiges Argument. In den USA versuchen derzeit jeden Monat über 200.000 illegale Einwanderer, die Grenze zu Mexiko zu überqueren – 2,5 Millionen pro Jahr! Der Papst war kürzlich in Ungarn, wo Präsident Orban ein Hardliner ist, ebenso wie die AfD in Deutschland. Bis Ende dieses Jahres werden ca. 20.000 illegale Migranten in kleinen Gummibooten den Kanal von Frankreich nach England überquert haben. Frankreich ist ein sicheres und zivilisiertes Land, und trotzdem wollen sie diese gefährliche Überfahrt machen. In den USA kommen die meisten Migranten aus Südamerika. Einige kommen aber auch aus Afrika (Bevölkerung ca. 1,4 Milliarden). Die Migranten, die nach Europa kommen, stammen aus Afrika, Pakistan, Thailand, dem Nahen Osten und anderen Ländern. Viele muslimische Länder im Nahen Osten befinden sich im Krieg gegeneinander, was ein Grund dafür ist, dass diese Menschen aus ihrer Heimat fliehen. Afrika leidet unter Dürre und Überbevölkerung. Nigeria, z. B. hat eine Geburtenrate von über 5 Kindern pro Familie.

Aus all dem sollten wir zwei einfache Wahrheiten herausdestillieren. Erstens: Je mehr Migranten in die USA oder nach Europa kommen, desto mehr sagen ihren Freunden und Familien zu Hause „Deutschland ist quasi ein Paradies – komm zu uns.“ Zweitens gibt es Milliarden in Afrika, dem Nahen Osten und im Mittleren Osten, denen es nicht gut geht und die davon träumen, in den USA oder Europa ein besseres Leben zu finden. Bevölkerungswachstum und Klimaveränderung können die Situation für sie noch verschlimmern. Aber selbst ein kleiner Bruchteil dieser riesigen Zahl würde unsere „Europäische Heimat“ überfordern. Also müssen wir Mauern bauen, und – leider – müssen wir Nein sagen. Dies ist ein Pro- blem, das sich in den kommenden Jahren noch verschärfen wird, und derzeit haben unsere Regierungen kein wirkliches Konzept und keine Antworten.

Die polnische Regierung hat an der Ostgrenze zu Belarus den Notstand ausgerufen. Frauen in Afghanistan sind jetzt Bürger zweiter Klasse mit sehr wenigen Rechten. Wir müssen uns entscheiden: Ist das ihr Problem – oder ist es unser Problem?

Pkw-Herstellung: Wiederholt sich die Geschichte?

Abb. 3: Das autonome Lieferfahrzeug StreetDrone, basierend auf dem Renault TwizyWer sich mit der Geschichte der Pkw beschäftigt, weiß, dass es in den frühen Jahren des 20. Jahrhunderts Dutzende von Autoherstellern in Europa, England und den USA gab. Doch im Laufe der Zeit verschwanden diese Marken eine nach der anderen. Einige gingen in Konkurs, andere wurden von größeren Herstellern aufgekauft und nur ihre Namen leben weiter – Buick, Pontiac, Chevrolet, Maybach, Rolls-Royce, Bugatti...

Heute gibt es weltweit nur noch sieben große internationale Autohersteller. Jetzt, mit der Entwicklung von Elektroautos, scheint sich die Geschichte zu wiederholen, und wieder einmal gibt es Dutzende neuer Hersteller von Elektroautos. Tesla ist der bekannteste Newcomer und es scheint klar, dass er ein Erfolg ist. Aber was ist mit den vielen anderen Neueinsteigern? Einige dieser Newcomer sind bereits große multinationale Konzerne, allerdings nicht in der Automobilbranche. Dazu gehören Apple, das sich in Gesprächen mit Foxonn in Taiwan befindet, und mindestens zwei große chinesische Unternehmen – Xiaomi (ein großer Telekommunikationshersteller) und Baidu, das die größte Internetsuchmaschine in China betreibt. Dann gibt es noch Waymo in den USA, das zur Alphabet-Gruppe, den Eigentümern von Google, gehört. Foxconn ist auch im Gespräch mit kleineren Start-ups wie Fisker und Byton. Fisker hat die Herstellung seines „Ocean“-Modells an Magna-Steyr in Österreich ausgelagert. Byton ist (oder war?) ein deutsch-chinesisches Unternehmen, das anscheinend in Konkurs gegangen ist. Ich komme also auf die Frage zurück: Wiederholt sich die Geschichte? Möglicherweise nicht. Klar ist, dass Elektroautos viel einfachere Maschinen sind als Brennstofffahrzeuge und dass alle wichtigen Komponenten – Motoren, Batterien usw. – ausgelagert werden können. Vor kurzem wurde ein neues Konsortium gegründet: MIH (Mobility in Harmony) www.mih-ev.org. Diesem gehören über 1800 Mitglieder an, darunter Qualcomm und Microsoft sowie einige der größten Batteriehersteller wie das chinesische Unternehmen Contemporary Amperex Technology, besser bekannt als CATL. MIH soll es neuen Herstellern von Elektrofahrzeugen so einfach wie möglich machen, erfolgreich zu sein. Es bietet technische Unterstützung und Software, einschl. kompletter Entwicklungskits und Verbindungen zu Komponentenherstellern, z. B. Bremsen, Räder und Elektronik. Eine solche Dachorganisation für Brennstoff-Pkw-Hersteller hat es nie gegeben.

Wir können die vielleicht über hundert EV-Neueinsteiger unterteilen in diejenigen, die einfache EVs herstellen oder herzustellen planen, und diejenigen, die anderseits autonome (fahrerlose) Fahrzeuge entwickeln.

Im letzten Jahr haben sich fast ein Dutzend EV-Hersteller an der New Yorker Börse angemeldet. Dazu gehören Rivian, Nikola, Lucid Motors, Canoo, Faraday Future, Lordstown Motors und Fisker. Die meisten von ihnen haben noch keinen einzigen Pkw oder Pick-up-Truck verkauft. Ein weiteres Dutzend Hersteller von Elektroauto-Komponenten hat sich ebenfalls der New Yorker Börse angeschlossen und zusammen ca. 17 Milliarden Dollar aufgebracht. Einige dieser Neulinge waren bereits in den Nachrichten zu sehen. Ein leitender Angestellter von Nikola, Trevor Milton, wurde kürzlich wegen Betrugs verurteilt. Es wurde aufgedeckt, dass ein Auftrag über 14.000 Kleinlastwagen im Wert von 735 Millionen Dollar für Lordstown Motors von einer kleinen Wohnung in Texas kam und komplett gefälscht war. Der Vorstandsvorsitzende, Steve Burns, trat daraufhin zurück. Die Aktien dieser beiden Unternehmen haben ca. 80 % ihres ursprünglichen Wertes verloren, und als das Lordstown „Endurance“-Modell zum ersten Mal vorgeführt wurde, ging es in Flammen auf! Rivian scheint am gesündesten zu sein und hat einen Auftrag über 100.000 Lieferwagen von Amazon. Sie geben an, dass sie sofort mit der Auslieferung der Fahrzeuge an die Kunden beginnen werden, zu einem Preis von 70.000 Dollar pro Stück.

Internet-Einkäufe und EVs

Ich habe kürzlich über das dramatische Wachstum des Interneteinkaufs berichtet. Dies hat einen riesigen neuen Markt für EV-Lieferfahrzeuge geschaffen, wie z.B. die oben erwähnte Bestellung von 100.000 Fahrzeugen durch Amazon. Auch hier werden die meisten dieser Fahrzeuge noch einen menschlichen Fahrer haben, aber langfristig ist der Einsatz von autonomen Lieferfahrzeugen geplant. In Oxford, England, hat ein Start-up-Unternehmen namens StreetDrone (www.streetdrone.com) den Renault Twizy so umgebaut, dass er sechs Fächer hat, von denen jedes vom Kunden geöffnet werden kann, wenn das Fahrzeug ankommt (Abb. 3). Das angepasste Fahrzeug heißt Pix-E, und wenn die Verhandlungen mit der britischen Regierung erfolgreich verlaufen, wird es bis Ende 2023 auf den britischen Straßen zugelassen werden. Da es sich beim Pix-E um ein Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit handelt – vielleicht 30 km/h Höchstgeschwindigkeit – bildet es einen idealen Ausgangspunkt für selbstfahrende Fahrzeuge auf öffentlichen Straßen. Es wird die 5G-Technologie vollständig nutzen.

Fazit: Wir befinden uns in der Anfangsphase einer Revolution. Es wird Erfolge und Misserfolge geben. In Großbritannien gibt es ca. 4,6 Millionen Lieferwagen, in Deutschland gibt es eine ähnliche Anzahl. Wenn nur ein Viertel von ihnen autonom wird, wird das eine Million Angestellte freisetzen.

Von der Natur lernen

Abb. 4: Flüssigkeitstransport auf der Oberfläche von Blättern der chile- nischen Kiefer Ein seltsames Phänomen, zeigt der sogenannte Monkey Puzzle Tree, auch bekannt als chilenische Kiefer, ein Mitglied der Araukarienfamilie. Wenn man Wasser auf die Blätter von Araukarienbäumen tropft, dann fließt es nur in eine Richtung. Wenn man Ethanol darauf träufelt, so entdeckten Forscher, fließt es in die andere Richtung. Diese Erkenntnis, meint Zuankai Wang von der City University of Hong Kong, war wie ein Wunder. Trotz der Allgegenwärtigkeit dieser Zierpflanzen hatte noch nie jemand diese Beobachtung gemacht. In einem im Journal Science veröffentlichten Bericht haben Wang und Mitarbeiter den Mechanismus auf einer künstlichen Oberfläche nachgebildet, und sie denken, dass er in der gesamten Industrie Anwendung finden könnte.

Die ursprüngliche Entdeckung war reiner Zufall. Ein Kollege von Wang stammte vom chinesischen Festland, und als er nach Hongkong kam, beschloss er, einen Wasserpark zu besuchen, wo er anstelle von Wasserrutschen und tropischen Aquarien eine ganz andere Art von Wasserattraktion entdeckte. Er entdeckte einen Araukarienbaum, und, so Wang, „er fand die Struktur sehr schön – weil sie nicht symmetrisch ist.“

Jedes der gitterförmig aneinandergereihten Blätter hat eine gebogene, spitz zulaufende Oberseite, aber eine glatte Unterseite. Das hat ihn fasziniert. „Indem er die Symmetrie brach, erkannte er, dass es da etwas gibt“, so Wang. Der Kollege brachte die Pflanze ins Labor, ließ Wasser darauf fallen und stellte fest, dass es nur in eine Richtung floss, was schon interessant genug war. Aber als er nachsah, ob das auch für alle anderen Flüssigkeiten galt, entdeckte Wangs Kollege, dass einige in die andere Richtung flossen. Nach zwei Jahren der Untersuchung haben Wang und seine Kollegen den Mechanismus herausgefunden. Sie fanden heraus, dass Flüssigkeiten durch die Blätter fließen, aber wie sie das tun, hängt von ihrer Oberflächenspannung ab. Bei einer Flüssigkeit wie Ethanol mit geringer Oberflächenspannung platzt ein Tropfen an der Basis des Blattes auf und wandert dann durch einen als Kapillarwirkung bezeichneten Prozess nach oben zur Spitze, wo er auf das nächste Blatt trifft. Auf diese Weise bewegt er sich gleichmäßig von der Basis bis zur Spitze entlang des Zweigs. Eine Flüssigkeit wie Wasser mit einer hohen Oberflächenspannung setzt sich stattdessen auf die Blattspitzen, wo sie sich vollsaugt und die Blätter von der Spitze bis zur Basis benetzt, wobei sie sich ständig in die andere Richtung bewegt. Der Mechanismus ist in Abbildung 4 dargestellt.

Wang sagte, es sei nicht klar, warum die Pflanze diese seltsame Eigenschaft entwickelt hat. Er glaubt, dass es allen Mitgliedern der Gattung gemeinsam sein kann, die die charakteristische Blattform teilen. Möglicherweise, so fügte er hinzu, hilft dieser Prozess der Pflanze, zusätzliche Feuchtigkeit aus der Luft zu ziehen. Der Tau, der sich auf den Blättern niederschlägt, würde zum Stamm und zu den Wurzeln hinuntergezogen, während Verunreinigungen und Verschmutzungen in die andere Richtung gingen.

Was auch immer der Zweck für die Pflanze sein mag, er denkt, dass das Verfahren augenscheinlich Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie hat. Das Trennen und Lenken von Flüssigkeiten ist in vielen Bereichen wichtig, unter anderem bei der Ölraffination und bei Textilien. Die vielversprechendsten Anwendungen könnten sich beim Transport von Wasser selbst ergeben, und zwar in Anwendungen, die auf Dochteffekte angewiesen sind, wie etwa die Kühlung von Computerchips.

Quelle: Three-dimensional capillary ratchet- induced liquid directional steering, S. Feng e. a., Science 17, Sept. (2021), Bd. 373, Ausgabe 6561, S. 1344–1348.

DOI: 10.1126/science.abg7552 

Ein kostengünstiger Weg zu Graphen

Abb. 5: Kostengünstiger Weg zu Graphen aus Eukalyptusrinde Ein neuer Ansatz, der von Forschern der RMIT-Universität in Australien und des indischen National Institute of Technology, Warangal, entwickelt wurde, verwendet Eukalyptusrindenextrakt zur Synthese von Graphen und ist damit billiger und nachhaltiger als die derzeitigen Methoden. Der leitende Forscher des RMIT, Suresh Bhargava, sagte, dass die neue Methode die derzeitigen Kosten von 100 US-Dollar pro Gramm halbieren könnte: „Eukalyptusrindenextrakt wurde bisher noch nie für die Synthese von Graphenblättern verwendet, und wir glauben, dass diese Methode sowohl in Bezug auf die Sicherheit als auch auf die Gesamtkosten besser ist“, sagte Bhargava und fügte hinzu, dass die zahlreichen Eukalyptusbäume in Australien eine billige und leicht zugängliche Ressource für die Herstellung von Graphen darstellen.

Die besonderen Eigenschaften von Graphen machen es zu einem transformativen Material, das für die Entwicklung besserer Solarzellen, flexibler Elektronik, leistungsfähigerer Computerchips, Wasserfilter und Biosensoren eingesetzt werden könnte.

Graphen ist flexibel und transparent und leitet Wärme und Elektrizität zehnmal besser als Kupfer, was es für flexible Nanoelektronik bis hin zu besseren Brennstoffzellen optimal macht. Obwohl Graphen gute Voraussetzungen für die Entwicklung hocheffizienter, ultradünner Solarzellen bietet, hat es mit einer extrem kurzen Ladungsträgerlebensdauer zu kämpfen.

Die chemische Reduktion ist die gängigste Methode zur Synthese von Graphenoxid, da sie die Herstellung von Graphen in großen Mengen zu relativ geringen Kosten ermöglicht. Sie ist jedoch auf Reduktionsmittel angewiesen, die für Mensch und Umwelt gefährlich sind. Professor Vishnu Shanker vom National Institute of Technology, Warangal, sagte, dass die aus Eukalyptus gewonnene „grüne“ Chemie die Verwendung giftiger Reagenzien vermeidet und damit möglicherweise die Tür für die Anwendung von Graphen nicht nur für elektronische Geräte, sondern auch für biokompatible Materialien öffnet. Der neue Weg ist in Abbildung 5 dargestellt.

In ihrem Experiment verwendeten die Forscher eine aus einem Eukalyptusrindenextrakt gewonnene Eukalyptus-Polyphenollösung, um die Reduktion von abgeschältem Graphenoxid zu löslichem Graphen unter Rückflussbedingungen in einem wässrigen Medium auszulösen. Dies führte zu einer wirksamen Entfernung der Sauerstofffunktionalitäten von Graphenoxid.

Bei Tests in einem Superkondensator entsprach das „grüne“ Graphen der Qualität und Leistung von herkömmlich hergestelltem Graphen ohne die giftigen Reagenzien.

Quelle: Novel and Highly Efficient Strategy for the Green Synthesis of Soluble Graphene by Aqueous Polyphenol Extracts of Eucalyptus Bark and Its Applications in High- Performance Supercapacitors, Saikumar Manchala e. a., Sustainable Chemistry and Engineering, Bd 7 (13), S. 11612–11620.

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b01506 

Wasser aus der Luft

Abb. 6: Das Watergen-SchemaDie WHO (Weltgesundheitsbehörde) geht davon aus, dass bis zu 50 % der Weltbevölkerung in Gebieten mit „Wasserstress“, wo zumindest während eines Teils des Jahres Trinkwasserknappheit herrscht, leben. Ein israelisches Unternehmen, Watergen (watergen.com), hat erfolgreich eine Technologie zur Gewinnung von Wasser aus der Luft entwickelt. Ich möchte klarstellen, dass dieses Konzept nicht neu ist. In verschiedenen Teilen der Welt hängen die Menschen z. B. Baumwolltücher an Seile, um den Morgennebel aufzufangen. Dieser Nebel kondensierte die Luftfeuchtigkeit auf den Laken, die dann nach unten floß und an der Unterkante der Laken aufgefangen wurde. Watergen hat dieses Konzept aufgegriffen und moderne technische Prinzipien angewandt. Sie haben jetzt eine Familie von Geräten, die von großen Einheiten, die ein Dorf versorgen können, bis zu kleineren Einheiten für einzelne Häuser oder sogar für Wohnwagen reichen. Das Konzept ist in Abbildung 6 dargestellt, die einen Lufteinlass (mit Luftfiltern), den Wärmetauscher, in dem die Luftfeuchtigkeit zu Flüssigkeit kondensiert, einen Puffertank und die abschließende Wasserfiltration mit UV-Lampe zur Gewährleistung der Wassersterilität zeigt.

Ich werde nicht auf die technischen Details eingehen, da diese in USP20140261764A1 Dehumidification Apparatus (2014) und vielen anderen Patenten, die Watergen zugeordnet sind, zu finden sind: https://patents.justia.com/assignee/water-gen-ltd. Es gibt verschiedene Modelle, beispielsweise das Standmodell Genny, das für Büros geeignet ist und bis zu 30 l/Tag produzieren kann, während das viel größere GEN-M für ganze Gemeinden gedacht ist und bis zu 800 l/Tag produzieren kann. Das Gerät verbraucht 350 Watt-Stunden pro Liter Wasser und arbeitet bei Temperaturen >15 Celsius und >20 % relativer Feuchtigkeit. Destilliertes Wasser, das diese Anlagen produzieren, ist geschmacksneutral, und es gibt Möglichkeiten zur Zugabe von Mineralien, um den Geschmack zu verbessern. Die Anlagen können über das Stromnetz oder über Solarpaneele betrieben werden. Das Leben in weiten Teilen Afrikas kann hart sein – ich bin in der Sahara gereist – aber diese Geräte könnten den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen