Die sogenannte südliche Umwälzpumpe ist eine Tiefenströmung im Südozean und für die globale Meereszirkulation von entscheidender Bedeutung. Wie aktuelle Untersuchungen zeigen, wird diese Strömung nun schwächer. Bereits bis 2050 könnte sie um etwa 40 Prozent schwächer werden. Der Grund ist der Klimawandel, der diesen südlichen Motor der globalen Strömungen in den Ozeanen sogar stärker ausbremst als die Umwälzpumpe im Nordatlantik. Die Folgen für die Weltmeere, das globale Klima und die ozeanischen Stoffkreisläufe wären fatal.

Globales Strömungssystem ist essentiell für das Klima

Die globale Strömungszirkulation in den Ozeanen ist essentiell für das Klima sowie für marine Stoffkreisläufe. Die Strömungsbahnen, die über den gesamten Globus verlaufen, transportieren Wärme von der Oberfläche in die Tiefe und bringen an anderer Stelle kaltes und Nährstoffreiches Tiefenwasser in die oberen Meeresschichten. Diese Umwälzpumpen sind der Grund dafür, dass der Ozean als Klimapuffer wirken kann. Das globale Strömungssystem wird von zwei großen „Umwälzpumpen“ angetrieben: Der Atlantischen Meridionale Umwälzströmung im Nordatlantik (AMOC) und dem antarktischen Tiefenwasser (AABW).

Bereits seit einiger Zeit ist bekannt, dass der nördlicher Motor dieses Strömungssystems stottert. Der Einstrom von arktischem Schmelzwasser sowie die Erwärmung der Meere hat dazu geführt, dass die nordatlantische Umwälzströmung deutlich schwächer geworden ist. Experten gehen davon aus, dass die Strömung sogar kurz vor einem Kipppunkt steht. Im schlimmsten Fall könnte sie sogar komplett zum Erliegen kommen, was schwerwiegende Folgen für das Klima in Europa nach sich zöge.

Die südliche Umwälzpumpe wird schwächer

Neue Analysen zeigen nun, dass auch die südliche Umwälzpumpe schwächer wird. Und sie könnte sogar noch anfälliger sein als ihre „Partnerströmung“ im Norden. „Jedes Jahr sinken rund 250 Billionen Tonnen kaltes, salziges und sauerstoffreiches Wasser rund um die Antarktis in die Tiefe. Dieses Wasser fließt dann nordwärts und transportiert Sauerstoff in die Tiefenwasser des Indischen, Pazifischen und Atlantischen Ozeans„, so Matthew England von der University of New South Wales, Koautor der neuen Analyse.

Messungen zufolge ist das für diese Strömung so wichtige antarktische Tiefenwasser in den letzten Jahren und Jahrzehnten immer wärmer geworden. Das Team rznd um England und Erstautor Quan Li vom Massachusetts Institute of Technology haben nun mithilfe von hochauflösenden Ozean-Meereis-Modellen untersucht, welche Ursachen dies hat und welche Folgen sich aus dieser Temperaturtendenz ergeben.

Schuld an der Erwärmung des antarktischen Tiefenwassers hat der Analyse zufolge das Tauen des antarktischen Eises sowie die Verschiebung großräumiger Windbänder rund um die Antarktis. Beide dieser Faktoren wurden durch den globalen Klimawandel ausgelöst. Der vermehrte Einstrom von salzarmen Schmelzwasser hemmt das Absinken kalten Wassers in die Tiefe, wie die Forscher:innen mithilfe der Modelle herausfanden.

„Diese verringerte Bildung des atlantischen Tiefenwassers führt zu einer Erwärmung und Alterung des tiefen Ozeans, wie es jüngste Messungen gezeigt haben„, so das Team. Dies führe zur Abnahme des Volumens des kalten Tiefenwassers, was die nordwärts gerichtete Tiefenströmung schwächer werden lässt. Den Simulationen der Forscher:innen ergaben, dass diese Abschwächung der südlichen Umwälzpumpe könnte sich bereits ab den 2030er Jahren bemerkbar machen. „Damit zeigt unsere Studie, dass das Abschmelzen der Eisflächen dramatische Auswirkungen auf eine für das globale Klima wichtige Umwälzströmung hat„, so Seniorautorin Adele Morrison von der Australian National University in Canberra.

Drastische Folgen für die Weltmeere

Sollte der Klimawandel (und danach sieht es aktuell aus) weitergehen wie bisher, dann hätte dies drastische Folgen: „Wenn die globalen CO2-Emissionen sich im aktuellen Ausmaß fortsetzen, dann wird sich die antarktische Umwälzströmung bis zum Jahr 2050 um mehr als 40 Prozent abschwächen„, sagt England. Der südliche Motor des globalen Strömungssystems ist damit noch anfälliger als die nördliche Umwälzpumpe. Bis 2050 wird sie den Prognosen zufolge bis 2050 um etwa 19 Prozent schwächer werden.

Sollte sich der Klimawandel auch nach 2050 noch fortsetzen, dann könnte die antarktische Tiefenströmung sogar ganz aussetzen, was den Zusammenbruch der Umwälzpumpe nach sich zöge. Sollte dies geschehen, dann würden die tiefen Wasserschichten der Weltmeere unterhalb von 4.000 Metern Wassertiefe kaum noch frisches, kaltes Wasser erhalten. „Die Folge wäre eine weitreichende Erwärmung der Tiefenwässer und eine verringerte Durchlüftung der Tiefsee„, so das Team. Zudem wäre auch der Nährstofftransport aus der Tiefe in die oberen Zonen der Meere gestört.

Aber auch heute ist die Situation bereits bedrohlich. „Die Schwächung der südlichen Umwälzpumpe würde die marine Zirkulation von Wärme, Frischwasser, Sauerstoff, Kohlenstoff und Nährstoffen tiefgreifend verändern. Die Folgen davon wären im gesamten globalen Ozean noch über Jahrhunderte hinweg zu spüren„, so Li und seine Kolleg:innen.

via University of New South Wales

Die Elektronen in vielen Akkus und Superkondensatoren bestehen aus kohlenstoffhaltigen Materialien wie Graphit, Nanokohlenstoffröhrchen oder Aktivkohle. Diese Materialien sind porös und haben eine große Oberfläche. Zudem sind sie sehr leitfähig und chemisch stabil. Sie können außerdem günstig hergestellt werden und basieren auf Rohstoffen, die reichlich vorhanden sind. Forscher:innen haben nun die beim Bierbrauen anfallenden Gerstenmalz-Reste als perfekten Rohstoff für Superkondensatoren und Batterien entdeckt. Aus dem sogenannten Biertreber lässt sich eine Aktivkohle herstellen, die sehr gut für die Elektroden solcher Stromspeicher geeignet ist.

Aktivkkohle aus Brauabfällen

Als Biertreber werden die beim Bierbrauen zurückbleibenden Reste des Gerstenmalzes bezeichnet. Er enthält hauptsächlich Spelzen der Getreidekörner sowie ungelöste Proteine. Der Biertreber wird bisher vor allem als Viehfutter oder in Biogasanlagen verwendet. Wegen seines hohen Anteils an organischen Kohlenstoffverbindungen kann er allerdings auch als Rohstoff für kohlenstoffhaltige Materialien für Elektroden eingesetzt werden.

„Wir erforschen bereits seit einigen Jahren, wie gut sich verschiedene biologische Rohstoffe für die Gewinnung kohlenstoffhaltiger Materialien, die wir bei der Herstellung von Energiespeicher benötigen, eignen. Und Brauereiabfälle erfüllen dafür wichtige Kriterien: In ihnen steckt das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial, dass es braucht, um infrage zu kommen„, erklärt Andrea Balducci von der Universität Jena. Sie und ihr Team haben praktisch erforscht, wie gut sich aus Biertreber Aktivkohle gewinnen lässt und wie praktikabel der Einsatz des Materials in Stromspeichern ist.

Die Aktivkohle gewannen die Forscher:innen, indem sie den Biertreber trockneten, mahlten und dann unter Sauerstoffabschluss bei 500 Grad verkohlten. Die Aktivierung der Kohle erfolgte, indem das Team sie mit Kaliumhydroxid mörserten, unter Sauerstoffabschluss auf 800 Grad Celsius erhitzten und dann mit verdünnter Salzsäure und destilliertem Wasser neutralisierten.

Das so erhaltene Aktivkohlepulver verfügt über eine besondere Oberfläche: „Wir haben eine Oberfläche von rund 3.600 Quadratmetern pro Gramm und ein Porenvolumen von 1,8 Kubikzentimetern pro Gramm ermittelt. Das ist höher als bei den meisten bisher dokumentierten aus Biomasse gewonnenen Aktivkohlen„, so die Wissenschaftler:innen.

Praxistest verlief erfolgreich

Für den Praxistest stellten die Forscher:innen aus der Biertreber-Aktivkohle Elektroden für zwei verschiedene Typen von Superkondensatoren her, und zwar für Lithium-Ionen-Superkondensatoren (LIC) und für Elektrische Doppelschicht-Kondensatoren (EDLC). Diese beiden Typen sind in nahezu allen elektronischen Geräten verbaut. Das Team mischte die Aktivkohle mit Carboxymethylcellulose als Bindemittel. Die so entstandene Paste trugen die Forscher:innen dann auf Aluminium- oder Kupferfolien auf. Die so hergestellten Elektroden testeten sie dann in den Superkondensatoren.

Dabei zeigte sich, dass beide Stromspeicher mit der Biertreber-Aktivkohle eine hohe Kapazität hatten und diese Leistung auch bei hohen Ladungen und über mehrere Zyklen aufrecht erhielten. IM EDLC hatte die Aktivkohle-Elektrode bei 0,5 Ampere pro Gramm eine Kapazität von 46 Faraday pro Gramm. Auch nach 200 Stunden im Einsatz behielten die Elektroden 8 Prozent ihrer Kapazität, was nach Angaben des Teams mehr sei als bei vielen kommerziellen Aktivkohle-Elektroden. Beim Einsatz in einem LIC erreichte die Kapazität der Elektrode bei einem Ampere pro Gramm etwa 186 Faraday pro Gramm.

Guter Rohstoff für Elektroden

Die Forscher sind der Ansicht, dass diese Ergebnisse zeigen, dass Aktivkohle aus Biertreber gut als Material für Elektroden für Stromspeicher wie Doppelschicht-Kondensatoren und Lithium-Ionen-Superkondensatoren geeignet ist. „Wir werden in weiteren Projekten daran arbeiten, die Vorteile und Grenzen der Benutzung dieses reichlich vorhandenen Materials besser zu verstehen, so dass es dann möglicherweise stärker bei der Produktion nachhaltiger Energiespeicher einbezogen werden kann„, so Balducci.

Biertreber ist zudem in großen Mengen vorhanden. In der Europäischen Union fielen 2019 etwa 6,8 Millionen Tonnen davon an, in Deutschland waren es allein 1,5 Millionen Tonnen. Zudem sind Brauereien geografisch gut verteilt, was bedeutet, dass der Treber leicht verfügbar ist.

via Friedrich-Schiller-Universität Jena

Die interstellare Raumfahrt ist eine große Herausforderung für den aktuellen Technologiestand. Grund hierfür sind primär die gewaltigen Entfernungen, die es zu überwinden gilt und die interstellare Reisen mit den derzeit verwendeten Antrieben zu einer sehr langwierigen Angelegenheit machen würde. Die NASA erforscht daher alternative Antriebskonzepte. Zu diesen gehört auch der sogenannte Pellet-Beam-Antrieb, mit dem auch sehr große Entfernungen in relativ kurzer Zeit überwunden werden können.

Mit riesigem Segel durch den Weltraum

Bisher existiert der Pellet-Beam-Antrieb lediglich als theoretischer Entwurf. Die US-Weltraumbehörde NASA hat diesen allerdings als verfolgenswert eingestuft. Mit dem Pellet-Beam-Antrieb sollen große Massen bei relativ kurzer Flugdauer über große Entfernungen bewegt werden können, so heißt es in einer Studie, die von einem Team rund um Artur Davoyan von der University of California erstellt wurde.

Vorbild für das Pellet-Beam-Konzept ist das sogenannte Segelstrahlkonzept der Initiative Breakthrough Starshot. Dieses sieht vor, dass kleine Sonden mit diesigen Sonnensegeln von leistungsstarken Lasern auf der Erde beschleunigt und angetrieben werden. So soll eine Reise zum nächstgelegenen Sternsystem Proxima Centauri innerhalb von 20 Jahren möglich sein.

Dieses Konzept wird durch den Pellet-Beam-Antrieb aufgegriffen. Dabei soll ein Raumfahrzeug aus der Erdumlaufbahn heraus einen Partikelstrahl aus mikroskopisch kleinen Teilchen, den Mikro-Pellets, auf ein interstellares Raumschiff richten. Diese Pellets werden von einem starken Laser mit einer Leistung von 10 Megawatt zu Plasma umgewandelt. Wenn die Pellet-Kette das Raumfahrzeug erreicht, trifft es entweder auf ein Segel oder auf einen starken Magneten an Bord des Raumschiffes und beschleunigt dieses dadurch.

Machbarkeit des Konzepts wird untersucht

Berechnungen der Forscher:innen zufolge könne die Pellet-Kette eine Geschwindigkeit von 120 Kilometer pro Sekunde erreichen. So könnte ein Raumschiff über den Bewegungsimpuls auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Nach Ansicht der Forscher:innen könnte mit dem Antrieb innerhalb von drei Jahren eine Distanz von 100 Astronomischen Einheiten (AE) überwunden werden. So könnten äußere Planeten unseres Sonnensystems in weniger als einem Jahr erreicht werden, die Distanz bis zur solaren Gravitationslinse (500 AE) könnte innerhalb von 15 Jahren zurückgelegt werden.

Der Pellet-Beam-Antrieb hat gegenüber dem Segelstrahlkonzept den Vorteil, dass auch schwere Raumfahrzeuge mit einer Masse von mehr als einer Tonne mit ihm angetrieben werden können. Zudem werde weniger Energie benötigt.

In einer Phase-1-Untersuchung will die NASA die Machbarkeit des Konzeptes untersuchen. Dazu sollen Modelle verschiedener Teilsysteme des Antriebs erstellt und ihre Machbarkeit in experimentellen Studien untersucht und nachgewiesen werden. Das Forschungsteam erhält dafür vorerst einen Etat in Höhe von 175.000 US-Dollar.

via NASA

In Deutschland gibt es ein Netz aus Stahlleitungen, das gut 500.000 Kilometer lang ist und derzeit für den Transport und die Verteilung von Erdgas genutzt wird. Laut den Ergebnissen einer aktuellen Studie könnte dieses Leitungssystem auch für den Transport von Wasserstoff genutzt werden und damit eine Rolle bei der Energiewende spielen.

Deutsches Gasleitungsnetz wäre bereit für Wasserstoff

„Sowohl betriebsbedingte Alterung als auch die geforderte Bruchzähigkeit entsprechen den Erwartungen an eine Dekaden-überdauernde, sichere Verfügbarkeit.“ So lautet das Fazit eines Forschungsprojekts, das an der Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart durchgeführt wurde. Im Rahmen des Projekts wurden stichprobenartig Stähle, die in deutschen und teilweise auch europäischen Rohrleitungen genutzt werden, extremen Betriebs- und Alterungseinflüssen unter Wasserstoff ausgesetzt.

Gerald Linke, der Vorstandsvorsitzende des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW), bezeichnet die Ergebnisse des Forschungsprojekts als „wegweisend für die Wasserstoffzukunft.“ Die Rohre könnten weiterhin in Leitungsnetzen genutzt werden. Lediglich einzelne Einbauteile oder Stationselemente müssten ausgetauscht werden.

Wasserstoff auch in Privatheizungen?

Mit dem Thema Wasserstoff ist der DVGW schon länger beschäftigt. 2021 startete ein Versuchsprojekt, bei dem der Verein zusammen mit der E.On-Tochter Avacon im Raum Fläming einem Teilnetz des Erdgasleitungsnetzes zusätzlich zu dem Erdgas 20 Prozent Wasserstoff beigemischt wurde. Die aktuelle Studie beschäftigt sich indes mit dem Szenario, dass 100 Prozent Wasserstoff durch die Leitungen strömen. Zu dem Ergebnis, dass Wasserstoff ohne größere Hindernisse über die bereits existierenden Erdgasnetze transportiert werden müssen, kam auch bereits ein Projekt im Auftrag des Bundesforschungsministeriums im Jahr 2022.

In der Studie wurden die Stähle, die für Pipelines oder Rohrleitungen verwendet werden, bruchmechanisch überprüft. Allerdings habe man bisher nur einige der Werkstoffe geprüft, die für Armaturengehäuse verwendet werden. Diesbezüglich seien daher weitere Untersuchungen erforderlich, so die Forscher:innen.

Für die Energie- und Klimapolitik der aktuellen Bundesregierung hat Wasserstoff einen hohen Stellenwert. Dabei ging es bisher vor allem darum, den CO2-Ausstoß in der Industrie sowie im Verkehr zu senken. In der Frage nach den Technologien, mit denen in Zukunft Privathaushalte geheizt werden sollen, hat sich allerdings die FDP mit ihrem Kredo der „Technologieoffenheit“ durchsetzen können, sodass hierfür in Zukunft Wasserstoff ebenfalls eine Rolle spielen könnte.

via DVGW

Die Welt ist manchmal unfair. Gerade für stark übergewichtige Menschen ist das Abnehmen oft besonders schwer. Dauerhafte, nachhaltige Gewichtsverlust ist nur selten möglich. Einer der Gründe dafür ist der berüchtigte Jojo-Effekt: Wenn Abnehmwillige nach einer Diät wieder normal essen, kommt das Gewicht schnell zurück. Ein möglicher Grund für diesen Effekt könnte in einer veränderten Darmflora liegen. Diese ist nach der Diät sozusagen noch auf „dick“ gepolt und beeinflusst dann das Essverhalten und den Stoffwechsel. Was beim Jojo-Effekt im Gehirn geschieht, ist noch größtenteils unerklärt. Forscher:innen fanden nun Hinweise auf eine Veränderung der Hirnkommunikation, die zum Jojo-Effekt beitragen könnte.

Forscher:innen untersuchten das Gehirn von Mäusen

„Schaltkreise im Hypothalamus kontrollieren unseren Hunger und beeinflussen damit unser Körpergewicht. Aber wie der Gewichtsverlust bei einer Diät diese Schaltkreise dazu bringt, die Esslust anzuregen, bis das verlorene Gewicht wieder drauf ist, war unklar„, erklären die Forscher:innen rund um Katarzyna Grzelka vom Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung in Köln.

Das Team wollte die Auswirkungen einer Diät auf die Hungerschaltkreise im Gehirn weiter erforschen und haben daher Versuche an Mäusen durchgeführt. „Es wurde bisher eher auf die kurzfristigen Effekte nach einer Diät geschaut. Wir wollten aber sehen, ob sich im Gehirn langfristig etwas verändert„, so Henning Fenselau, der an der Studie beteiligt war. Die Forscher:innen setzten die Tiere längere Zeit auf Diät und ließen sie im Anschluss wieder ohne Einschränkungen fressen. Indem sie bestimmte Nervenverbindungen optogenetisch markierten, konnten die Wissenschaftler:innen mitverfolgen, wie die Erregungsleitung zu den Hungerneuronen im Hypothalamus durch die Diät und ihre Folgen verändert werden.

Diät führt zu erregbareren Hunger-Neuronen

Wie sich herausstellte, feuern bestimmte Neuronen im Gehirn der Mäuse stärker, wenn diese weniger fressen als sonst. Diese Aktivität führt zu einer verstärkten Erregung und Erregbarkeit der sogenannten AgRP-Neuronen im Hypothalamus. Diese Gruppe von Gehirnzellen ist für das Hungergefühl verantwortlich. Diese Übererregbarkeit der Hunger-Neuronen hielt auch nach dem Ende der Fastenperiode oder Diät weiter an. „Die Mäuse fraßen dadurch wieder mehr und nahmen zu„, erklärten die Forscher:innen.

In einem ergänzenden Test löste das Team diese Übererregung der für das Hungergefühl verantwortliche Neuronen dann künstlich aus, ohne dass die Tiere eine Diät durchführten. Auch das führte zu vermehrter Nahrungsaufnahme und Gewichtszunahme. Der Jojo-Effekt scheint also tatsächlich auch auf eine Veränderung der Kommunikation im Gehirn zurückzuführen zu sein. Andere Auslöser wie Hormone oder andere Einflüsse scheinen keine Rolle zu spielen.

Neuer Ansatz gegen den Jojo-Effekt

Die Forscher:innen gehen davon aus, dass eine Diät länger anhaltende Veränderungen im Gehirn verursacht. Es findet quasi eine Umprogrammierung der Nervenleitungen statt, die die Hunger-Neuronen anregen. Diese Nervenbahnen werden dann stärker erregbar, was den Hungerschaltkreis aktiver werden lässt. Auch nach der Diät wird so mehr Hunger und Appetit verursacht, was rein biologisch gesehen auch durchaus Sinn ergibt. Vor der breiten Verfügbarkeit von Nahrung war es wichtig, nach einer Hungerperiode den dadurch entstandenen Gewichtsverlust wieder auszugleichen. Heute leben wir allerdings mit ständigem Nahrungsüberfluss, was den Effekt ins Negative kehrt.

Die neu gewonnenen Erkenntnisse könnten allerdings dabei helfen, den Jojo-Effekt gezielt zu bekämpfen und etwa durch Medikamentation zu dämpfen. „Diese Arbeit verbessert das Verständnis dafür, wie neuronale Schaltpläne das Hungergefühl kontrollieren„, so Bradford Lowell von der Harvard Medical School, einer der Koautoren der Studie. Den Forscher:innen gelang es bereits, die Nervenbahnen, die die AgRP-Neuronen deaktivieren, im Versuch bei den Mäusen gezielt zu hemmen, was zu weniger Gewichtszunahme nach der Diät führte.

„Dies könnte uns die Möglichkeit bieten, den Jo-Jo-Effekt zu verhindern. Langfristig ist es unser Ziel, Therapien für den Menschen zu finden, welche helfen könnten das Körpergewicht nach einer Diät zu halten. Um dies zu erreichen, erforschen wir weiterhin, wie wir die Mechanismen blockieren können, die die Verstärkung der neuronalen Bahnen auch beim Menschen vermitteln„, so Fanselau weiter.

via Max-Planck-Gesellschaft

Kenias Staatspräsident William Ruto durchlebt aktuell keine einfache Zeit. So kommt es in der Hauptstadt Nairobi immer wieder zu – teils gewaltsamen – Protesten gegen die stark gestiegenen Lebensmittelpreise. Wirklich verantwortlich dafür ist die kenianische Regierung aber nur teilweise. Zwar hat sie tatsächlich einige Subventionen – etwa für Maismehl – gestrichen. Grundsätzlich sind die Preise für Nahrungsmittel aber weltweit stark angestiegen. Verantwortlich dafür ist der russische Angriffskrieg in der Ukraine. Denn beide Länder gehörten vor dem Krieg zu den größten Getreideexporteuren weltweit. Zwar ist es durch ein von der Türkei vermitteltes Abkommen inzwischen gelungen zumindest einen Teil der Exporte wieder aufzunehmen. Die Mengen sind aber deutlich geringer als vor Kriegsbeginn. Somit hat sich das Angebot auf dem Weltmarkt stark reduziert, was zu den Preissteigerungen führte. Die Problematik reicht aber noch über diesen Effekt hinaus.

Düngemittel sind auf dem Weltmarkt knapp geworden

Denn ein möglicher Ausweg aus dieser Situation besteht darin, vermehrt selbst Nahrungsmittel anzubauen. Dafür aber wird Dünger benötigt. Dieser wiederum wird bisher zumeist mithilfe von Erdgas produziert. Viele afrikanische Länder beziehen die benötigten Düngemittel daher aus Russland. Theoretisch ist dies auch weiterhin möglich. Denn russische Düngemittel wurden nicht mit Sanktionen belegt. In der Praxis allerdings gibt es erhebliche Schwierigkeiten den Dünger tatsächlich aus Russland nach Afrika zu transportieren. Die Folge: Auch Düngemittel sind inzwischen knapp und dementsprechend teuer. Der kenianische Präsident hat daher nun einen Deutschland-Besuch genutzt, um die Bundesregierung um Hilfe zu bitten. Tatsächlich wurde nun ein erstes konkretes Projekt verkündet: Deutschland will Kenia so schnell wie möglich beim Aufbau einer klimaneutralen Düngemittel-Produktion unterstützen. Die Voraussetzungen dafür sind gut.

Grüner Wasserstoff ist die Voraussetzung für eine klimaneutrale Produktion

Denn um auf Erdgas verzichten zu können, wird grüner Wasserstoff benötigt. Dieser entsteht, wenn Wasser mithilfe von Erneuerbaren Energien in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Kenia wiederum verfügt über ideale Bedingungen für die Produktion von Wind- und Solarenergie. Schon heute deckt das Land daher rund neunzig Prozent seines Energiebedarfs auf nachhaltige Art und Weise. Mit deutscher Unterstützung sollen nun weitere Kapazitäten geschaffen werden, um dann auch in großem Stil grünen Wasserstoff produzieren zu können. Dieser wiederum kann dann für die Produktion von lokalen Düngemitteln genutzt werden, was die Nahrungsmittelsicherheit in Kenia deutlich erhöhen würde. Theoretisch wäre es dann sogar denkbar, dass der Dünger auch in Nachbarländer exportiert wird, um auch dort die Abhängigkeit von Importen zu verringern. Heute sind rund zehn Prozent der kenianischen Bevölkerung von Ernährungsunsicherheit betroffen. Im Idealfall geling es, diesen Wert bald deutlich zu verringern.

Via: Der Spiegel

Lithium-Ionen-Akkus sind quasi überall: Sie kommen unter anderem in Unterhaltungselektronik oder in Elektroautos. Allerdings haben diese Batterien so ihre Probleme: Sie haben nur eine begrenzte Kapazität und basieren auf Rohstoffen, die auf der Welt relativ knapp sind und unter problematischen Bedingungen gewonnen werden. Die Wissenschaft sucht deshalb schon länger nach Alternativen. Eine solche Alternative könnte eine neue Feststoffbatterie in Form einer Sauerstoff-Ionen-Batterie auf Basis von keramischen Oxiden darstellen. Zwar ist die Energiedichte dieser Batterien niedriger als die von Lithium-Ionen-Akkus, allerdings bringen sie verschiedene Eigenschaften mit sich, die sie nahezu ideal für den Einsatz als stationäre Stromspeicher machen.

Ähnliches Prinzip wie gängige Lithium-Ionen-Akkus

Die neuartige Dünnschicht-Feststoffbatterie, die von Forscher:innen der Technischen Universität Wien entwickelt wurde, nutzt keramische Metalloxide mit Perowskitstruktur als Elektroden. „Wir haben schon seit längerer Zeit Erfahrung mit keramischen Materialien gesammelt, die man für Brennstoffzellen verwenden kann. Das brachte uns auf die Idee, zu untersuchen, ob solche Materialien vielleicht auch dafür geeignet wären, eine Batterie herzustellen„, erklärt Alexander Schmid, Erstautor der Studie.

Zweifach negativ geladene Sauerstoff-Ionen ersetzen in der neu entwickelten Batterie die normalerweise verwendeten Lithium-Ionen als Ladungsträger. Wenn dann unter Luftabschluss eine Spannung angelegt wird, führt dies zu elektrochemischen Reaktionen, die diese Ionen von der einen Elektrode zu der anderen wandern lässt. Wird die Batterie entladen, findet dieser Prozess in umgekehrter Richtung statt. Was das Grundprinzip angeht, so ähnelt die Sauerstoff-Ionen-Batterie an und für sich dem Lithium-Ionen-Akku.

Die Feststoffbatterie setzt aus eine Kathode aus einer Perwoskit-Verbindung, die aus Lanthan, Eisenoxid und Strontium besteht. Die Anode ist aus Lanthan, Strontium, Mangan, Chrom und Sauerstoff. „Sie bestehen damit größtenteils aus häufig vorkommenden Elementen und können auf kritische Rohstoffe wie Lithium oder Kobalt völlig verzichten„, so die Forscher:innen.

Während im Prototyp mit Lanthan noch ein relativ teurer Rohstoff verwendet wird, gehen die Wissenschaftler:innen davon aus, dass dieses in Zukunft ersetzt werden kann. „In diesem Punkt ist die Verwendung von keramischen Materialien ein großer Vorteil, weil sie sehr gut angepasst werden können. Man kann relativ problemlos bestimmte Elemente, die nur schwer zu bekommen sind, durch andere ersetzen„, erläutert Koautor Tobias Huber. Für eine Verwendung in der Batterie muss das Material lediglich Leerstellen in seinem Kristallgitter besitzen, über die die Sauerstoff-Ionen aufgenommen und abgegeben werden können.

Weniger Energiedichte als Lithium-Ionen-Akkus, aber bessere Haltbarkeit

Der neuartige Akku erreichte in Tests eine Coloumb-Effizienz von mehr als 99 Prozent bei einer Energiedichte von 70 Milliwattstunden pro Kubikzentimeter, was etwa einem Drittel der Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus entspricht. Seine besten Leistungen erreichte der Akku bei 200 Grad – relativ hohen Temperaturen also, bei denen die meisten Akkus nicht mehr funktionieren.

Für den Einsatz in Smartphones oder Elektroautos ist dieses Batterie-Konzept somit nicht geeignet. Allerdings böte sich ein Einsatz als stationärer Energiespeicher, etwa für erneuerbare Energien, wiederum an. „Wenn man einen großen Energiespeicher benötigt, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern, wäre die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine hervorragende Lösung. Wenn man ohnehin ein ganzes Gebäude mit Energiespeicher-Modulen errichtet, spielt die geringere Energiedichte und erhöhte Betriebstemperatur keine entscheidende Rolle„, so Schmidt.

Gegenüber den gängigen Lithium-Ionen-Akkus hat die Sauerstoff-Ionen-Batterie deutliche Vorteile. Sie besteht nur aus festen, nicht brennbaren Oxiden und kann sich daher nicht entzünden, sodass Explosionen oder Brände wie sie bei Lithium-Ionen-Akkus nicht drohen. Zudem ist die Sauerstoff-Batterie deutlich langlebiger als Lithium-Ionen-Akkus. Diese beruht auf der Tatsache, dass die Ladungsträger der Batterie problemlos regeneriert werden können. Sollte Sauerstoff durch Nebenreaktionen verloren gehen, kann einfach Sauerstoff aus der Umgebungsluft als Ausgleich verwendet werden. Hierfür kann zeitweise eine dritte Elektrode angehängt werden, die Kontakt mit der Außenluft hat und Sauerstoff-Ionen produziert. So hat die Batterie eine relativ lange Lebensdauer im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien, bei denen die ionischen Ladungsträger nach und nach verlorengehen und sich ablagern.

Batterie für stationäre Stromspeicher

Die Forscher:innen gehen davon aus, dass die neue Sauerstoff-Ionen-Batterie für einige Anwendungsfälle wie etwa stationären Stromspeichern eine gute Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus darstellt. „Die Stärken unserer Batterie wären gerade dort besonders wichtig: Die lange Lebensdauer, die Möglichkeit, große Mengen dieser Materialien ohne seltene Elemente herzustellen, und die Tatsache, dass es bei diesen Batterien keine Brandgefahr gibt„, so Schmid.

Das neue Konzept ist bereits zum Patent angemeldet. Die Forscher:innen arbeiten außerdem parallel dazu an optimierten Varianten mit effizienteren keramischen Materialien als Elektronen. Nach ihren Schätzungen ließen sich so Energiedichten von bis zu 140 Milliwattstunden pro Kubikzentimetern und eine Leistung von zwölf Watt pro Kubikzentimeter erreichen.

via TU Wien

Unter dem Oberbegriff 3D-Drucker werden verschiedene Maschinen mit ganz unterschiedlichen Fähigkeiten zusammengefasst. So können einzelne dieser Druck beispielsweise Häuser errichten, während andere für die Produktion von kleinen Ersatzteilen auf einem Flugzeugträger verwendet werden. Nun könnte noch ein weiteres Aufgabenfeld hinzukommen: Die Herstellung von Speisen. Ein entsprechendes Experiment unternahmen nun zumindest Ingenieure an der Columbia University in den Vereinigten Staaten. Sie nutzten dafür das sogenannte Fused-Deposition-Modeling-Verfahren, mit dem eigentlich individuelle Kunststoffteile produziert werden. Diesmal befanden sich in den Spritzen aber insgesamt sieben Zutaten. Neben Graham-Cracker-Paste waren dies Bananenpüree, Erdbeermarmelade, Erdnussbutter, Kirchsaft, Nutella und Zuckerguss. Die einzelnen Bestandteile wurden schließlich mit dem Laser erhitzt und dann nach und nach aufgetragen. Was so einfach klingt, erwies sich in der Praxis aber als Herausforderung.

Der Druckvorgang musste immer weiter verbessert werden

Denn bei den ersten Versuchen fielen die vermeintlichen Kuchenstücke früher oder später einfach zusammen. Der wenig überraschende Hintergrund: Wenn man lediglich Schicht für Schicht aufträgt, zerdrücken schwere Bestandteile leichtere Komponenten. Außerdem entweichen die flüssigen Elemente nach allen Seiten. Im Laufe der Zeit gelang es den Forschern aber, die Statik immer weiter zu verbessern. So wurden stabile Elemente irgendwann so platziert, dass eine robuste Grundstruktur entstand. Dadurch wurde der gesamte Produktionsprozess aber natürlich auch deutlich komplexer. Letztlich konnten die Forscher aber tatsächlich einige Kuchenstücke präsentieren, die zumindest nicht direkt wieder zusammenfielen. Ob das Ergebnis allerdings höchsten ästhetischen Ansprüchen genügt, liegt im Auge des Betrachters. Auch über den Geschmack lässt sich noch kein Urteil fällen. Es ist aber davon auszugehen, dass durch weitere Versuche in beiden Bereichen noch einiges an Potenzial gehoben werden kann. Zumindest wurde durch das Experiment aber unter Beweis gestellt, dass es grundsätzlich möglich ist, auch Lebensmittel mit komplexen Strukturen und Zutaten mithilfe eines 3D-Druckers zu produzieren.

Anwendungsmöglichkeiten für die Technologie gibt es bereits

Bleibt die Frage zu klären, warum man Lebensmittel drucken sollte, anstatt sie auf konventionelle Art und Weise zuzubereiten. Tatsächlich legen die beteiligten Forscher Wert darauf, dass es sich nicht um eine reine Spielerei mit Lebensmitteln handelt. Stattdessen präsentierten sie gleich eine ganz Reihe an potenziellen Anwendungsmöglichkeiten. So könnte die Attraktivität von bei Kindern eher unbeliebten gesunden Speisen gesteigert werden, indem individuelle Anpassungen vorgenommen werden. Außerdem könnten die Nahrungsmittel so gestaltet werden, dass sie für Menschen mit Einschränkungen besser zu verzehren sind. Dies könnte beispielsweise in Pflegeheimen den Speisevorgang vereinfachen. Bis dahin ist es allerdings noch ein langer Weg. Die Forscher scheinen aber gewillt, diesen weiter zu beschreiten. In einem nächsten Schritt arbeiten sie nun an gezielten Gitterstrukturen, um gewünschte Formen noch besser produzieren zu können.

Via: Columbia University

PV-Anlagen über Autobahnauffahrten, als Solarzaun neben den Gleisen oder, ganz traditionell auf Dächern: Wo immer Platz ist, denken Menschen darüber nach, grüne Energie zu ernten. Um Windkraftanlagen entsteht dabei ein regelrechtes Tauziehen: Wie nah dürfen die Windräder an Ortschaften stehen? Und sollte man dafür Teile von Wäldern roden? Platz ist nicht endlos vorhanden, oft gilt es, Kompromisse zu schließen. Eine Lösung wäre, die grünen Kraftwerke verstärkt dort zu errichten, wo ohnehin bereits eine Infrastruktur dafür vorhanden ist. Und: wo die Sonne scheint und der Wind weht.

Start-up Bergwind möchte Wind & Sonne in den Bergen nutzen

Das Start-up Bergwind trägt den passenden Namen: Die Initiatoren möchten den Bergwind in Österreich nutzen, der den Skifahrern und Wandersleuten in den Sesselliften um die Ohren weht. Und nicht nur das, sie wollen genau dort auch die Sonne einfangen, oberhalb der ohnehin schon gerodeten Flächen. Dafür sollen PV-Anlagen und Windturbinen herhalten, die sich auf Seilbahnen auffädeln lassen, wenn die Lifte nicht in Betrieb sind. In größeren Höhen mit wenig Bewuchs steht die Windkraft im Vordergrund, während Richtung im Tal eher die Photovoltaik zu Einsatz kommen soll.

Erste Tests mit Prototypen bereits diesen Frühling

Während der Energieerzeugung steht die Seilbahn still. Der Strom wird über ein Schleppkabel von einem Modul zum nächsten geleitet, bis zur Einspeisung am vorhandenen Netzanschluss – oder zum direkten Verbrauch durch Maschinen. Windsensoren sind an Seilbahnen auch schon vorhanden, sodass es gute Kontroll- und Planungsmöglichkeiten gibt. Die Turbinen sollen aus leichten Kohlefasern bestehen und je nach Größe 3 oder 5 kW Leistung bringen. Eine Gyroskop-Befestigung gleicht die Pendelbewegungen aus, die durch den Wind entstehen. Die schnell drehenden Rotoren sollen zudem für Vogel relativ ungefährlich sein, weil die Tiere sie besser wahrnehmen können als die vergleichsweise langsame Drehbewegung der großen Windräder.

Schon in diesem Frühling finden erste Tests mit Prototypen statt. Eine besondere Geräuschbelastung erwartet Bergwind nicht, dafür aber einen guten Jahresertrag von 2.000 bis 3.000 kWh je kW Leistung.

Quelle: futurezone.at

Ein guter CEO ist ungemein teuer: Heute kostet der Firmenchef für einen Großkonzern durchschnittlich 399 Mal so viel wie ein normaler Angestellter, im Jahr 1965 war es »nur« das Zwanzigfache. Dafür bleibt der Chef aber nicht rund um die Uhr wach und behält alles pausenlos im Blick. Genau das jedoch kann Tan Yu, der neue CEO des chinesischen Gaming-Konzerns Netdragon Websoft, der im August 2022 die Geschäftsführung der boomenden Tochterfirma Fujian Netdragon übernahm. Und dafür bekommt er keinen Cent Gehalt.

Aktienkurs von Netdragon hat 18 Prozent dazugewonnnen

»Er« – der CEO – ist kein Mensch, sondern ein Algorithmus, der genau wie ein echter Boss analysiert, entscheidet, bewertet und rationalisiert. Inwieweit die menschlichen Mitarbeiter in seine Entscheidungen eingreifen, ist allerdings nicht bekannt, denn das kommuniziert Netdragon nicht nach außen. Geschäftlich feiert der börsennotierte Konzern jedoch Erfolge, der Jahresumsatz liegt bei lockeren 2,1 Milliarden Dollar. Seit August bewegt sich der Aktienkurs nach oben und hat schon 18 Prozent hinzugewonnen. Im Vergleich dazu erwirtschaftete der Hang-Seng-Index an der Börse Hongkong ein Minus von ungefähr drei Prozent. Die Kurse gingen allerdings erst ab Februar 2023 auseinander, doch der Gaming-Konzern performt seit über einem halben Jahr immer ein Stückchen besser.

Neue Jahresbilanz ist für den 28. März 2023 angekündigt

Die neuen Umsatzzahlen von Netdragon und Websoft und Fujian Netdragon sind noch nicht öffentlich, die Jahresbilanz steht jedoch vor der Tür. Schon am 28. März 2023 will di Firma sie präsentieren. Chairman Dejian Liu erklärt die KI schon jetzt zur »Zukunft der Unternehmensführung«. Die TOP-500-Konzerne der USA geben für ihre menschlichen CEOs etwa 16 Millionen Dollar im Jahr aus, das kann sich Netdragon nun sparen. Doch Menschlichkeit lässt sich nicht in Geld bemessen, und die wird Tan Yu immer fehlen. Und wer weiß, wann die nächsten Mitarbeiterebenen ebenfalls in KI-Hände gelangen, weil der digitale CEO Menschen als unwirtschaftlich sieht.

Quelle: t3n.de

Beide haben ein Heizproblem: Rechenzentren, weil sie viel Hitze produzieren – und Schwimmbäder, weil ihre Beheizung so viel kostet. Könnte man beides miteinander kombinieren, ergäbe sich eine Win-win-Situation. In Großbritannien will das Start-up Deep Green genau solche Nutzbeziehungen knüpfen, so zur Energieersparnis beitragen und die Schließung weiterer Bäder verhindern.

Deep Green bieten kostenlosen Heizkessel plus Energie an

Seit 2019 erlebt Großbritannien eine Schließungswelle der Schwimmbäder, 65 von ihnen haben bislang dichtgemacht. Die meisten von ihnen konnten die Heizkosten nicht mehr stemmen. Deep Green gibt nun an, die Energie zu 70 Prozent aus Abwärme decken zu können, damit spart ein Bad mit einem 25-Meter-Becken ungefähr 8.000 Euro im Monat: Im Normalfall dürfte das zum Weiterbetrieb reichen. Das Unternehmen bietet dafür jeweils einen kostenlosen Heizkessel und die zugehörige Energie an, die zum Aufheizen des Wassers nötig ist. Der besagte Heizkessel ist eine Spezialkonstruktion, die Abwärme aus Servern aufnehmen kann.

Auch andere Abnehmer als Bäder sind gefragt

Der Kunde muss nun nur noch einen Containerstellplatz zur Verfügung stellen, der für ein kleines Rechenzentrum reicht – und dazu einen Netzanschluss. Den Strom zahlt der Serverbetreiber bzw. Deep Green, das warme Wasser erhält der Empfänger gratis. In einem regulären Bad ließe sich mit diesem System das Wasser in ungefähr 60 Prozent der Zeit auf 30 Grad Celsius halten. Schwimmbäder sind nur der offensichtlichste Kundenkreis, auch andere Unternehmen und Institutionen können sich für das Projekt melden. Wartungs- und Instandhaltungskosten fallen für die Wasserabnehmer laut Berichten nicht an.

Das Ganze basiert auf der grassierenden Not der Betreiber von Rechenzentren, die ihre Kühlkosten kaum noch stemmen können. Einige Unternehmen spielen schon mit dem Gedanken, ihre Server in kalter Höhenlage oder komplett unter Wasser zu positionieren, um die Hitze kostengünstig loszuwerden. Jetzt können sich diese Leute als Retter der Schwimmbäder beweisen und so zusätzlich zur Kostenersparnis ihr Image aufpolieren.

Quelle: t3n.de

Welche grüne Energiequelle liefert zuverlässig rund um die Uhr Strom? Die PV-Anlage nicht, und auch das Windrad muss phasenweise passen. Strömendes Wasser jedoch macht weder nachts noch bei Windstille Pause, doch die Nutzung war bislang sehr begrenzt. Die großen Wasserturbinen benötigen ein entsprechend hohes Gefälle, um überhaupt arbeiten zu können. Kleine Wasserräder hingegen bringen keine besonders große Leistung. Ein Braunschweiger will die Lücke schließen, mit effizienten Wasserrädern für niedriges Gefälle.

Fundament wartet seit 2016 auf seine Fertigstellung

Das Potential ist riesig: Würde man in Deutschland auch Flüsse mit niedrigem Gefälle effektiv zur Energieerzeugung nutzen können, würden 2 bis 3 Gigawatt mehr ins Netz strömen. Das entspricht der Leistung von ungefähr zwei bis drei Atomkraftwerken. Mit diesem Ziel vor Augen denkt der Braunschweiger Christian Seidel trotz bisheriger Rückschläge nicht ans Aufgeben. Sein Hochleistungswasserrad soll bei Hornbostel entstehen, an einer alten Schleuse in der Aller. Wo früher Erdölschiffe führen, liegt jetzt das Fundament des neuartigen Hochleistungswasserrads und warten auf Fertigstellung.

2016 hatten die Bauarbeiten begonnen, Ende 2019 stieg die geldgebende Salzgitter AG aus dem Projekt aus. Sie wollte sich wieder auf ihr Kernthema, die Stahlerzeugung, konzentrieren. Die Fördergelder des Landes Niedersachsen und des Bundes wurden daraufhin eingefroren. Danach kam Corona – und nun endlich ein Hoffnungsschimmer am Horizont. Ein kommunales Energieversorgungsunternehmen steigt ins Hightech-Projekt ein, die bereits bewilligte finanzielle Förderung kann damit neu beantragt werden. Es geht wieder voran! Leider kostet der Bau nun aufgrund der allseits gestiegenen Preise etwa 20 Prozent mehr; 11 Millionen Euro waren bislang veranschlagt.

Die Maximalleistung soll bei einem halben Megawatt liegen

Der Gigant soll elf Meter im Durchmesser haben und zwölf Meter breit sein. 60 dicht stehende, gekrümmte Metallschaufeln sorgen im Wasserstrom für Bewegung. Und das bei einer Wasserfallhöhe von unter 2 Meter, ein Bereich, den kein anderes Wasserrad effizient abdecken kann. Die Maximalleistung der neuen Anlage soll immerhin ein halbes Megawatt betragen! Das Schluckvermögen dieses Rades bricht alle Rekorde, ebenso wie die Leistung – wenn die Pläne tatsächlich aufgehen. Und in Deutschland gibt es immerhin mehr als 240 Flüsse mit über fünf Kubikmeter pro Sekunde Durchfluss, die aufgrund des niedrigen Gefälles bislang nicht für die Stromerzeugung nutzbar waren. Die Fische, so meint Seidel, fahren durch die niedrige Geschwindigkeit von ein bis vier Umdrehungen pro Minute wie im Fahrstuhl nach unten.

Wenn alles gut geht, werden die Wasserbewohner ab 2024 also Riesenrad fahren. Der Probetrieb zeigt dann, was das innovative Kraftwerk wirklich leistet.

Quelle: deutschlandfunk.de

Die Kernbotschaften, die sich im kürzlich veröffentlichten Syntheseberichts des Weltklimarats IPCC wiederfinden, dürften für die meisten Menschern nicht neu sein. In diesem Bericht werden die Inhalte der vorangegangenen drei Teilberichte, die den sechsten Sachstandsbericht ausmachen, noch einmal zusammengefasst. Das macht die Botschaften allerdings nicht weniger drastisch: Sollte sich die Situation nicht merkbar verändern, werden wir noch in diesem Jahrzehnt, spätestens aber im nächsten, die Schwelle von 1,5 Grad Erderwärmung überschreiten. Bereits jetzt sind 1,1 Grad erreicht. Das bedeutet auch, dass sich das Zeitfenster, in dem wir dem Klimawandel effektiv entgegentreten können, rapide schließt.

Die Treibhausgasemissionen müssen gesenkt werden

Im August 2021 veröffentlichte die IPCC-Arbeitsgruppe 1 ihre Erkenntnisse zum Stand des Klimawandels sowie zu dem noch verbleibenden CO2-Budget. Im Februar 2022 folgte dann der zweite Teilbericht, in dem die bereits eingetretenen und noch zu erwartenden Folgen des Klimawandels behandelt wurden. Der dritte Teilbericht schließlich behandelte die nötigen Klimaschutzmaßnahmen.

In seinem Synthesebericht zum sechsten Weltklimabericht hebt das IPCC den Ernst der Lage noch einmal hervor. Nach aktuellen Daten sind wir im globalen Mittel bereits jetzt bei einer Erwärmung von 1,1 Grad gegenüber den präindustriellen Durchschnittswerten von 1850 bis 1900. Betrachtet man nur die Landflächen, beträgt die Erwärmung bereits jetzt 1,59 Grad. „Die globalen Oberflächentemperaturen sind seit 1970 schneller angestiegen als in jeder anderen 50-Jahres-Periode der letzten 2000 Jahre„, heißt es in dem Bericht. Und weiter: „Jede noch so kleine Zunahme der globalen Erwärmung wird multiple und gleichzeitig auftretende Gefahren verstärken. Das Zeitfenster, in dem eine lebenswerte und nachhaltige Zukunft für alle gesichert werden kann, schließt sich rapide. Die in diesem Jahrzehnt getroffenen Entscheidungen und durchgeführten Maßnahmen werden sich für tausende Jahre auswirken.“

Wirklich neu sind diese Erkenntnisse nicht. Und obwohl dieses Wissen allgemein verfügbar ist, konnte sich die Menschheit bisher nicht dazu durchringen, Maßnahmen zu ergreifen, die die Treibhausgasemissionen senken. 2019 überschritt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre erstmals den Rekordwert von 410 parts per million (ppm). Ein höherer Wert wurde in den letzten zwei Millionen Jahren nie erreicht. Die Tatsache, dass die CO2-Emissionen pandemiebedingt 2020 kurzzeitig absanken, konnte den Trend zu mehr Treibhausgasemissionen nicht brechen.

Dringender Handlungsbedarf

In dem Synthesebericht machen die Klimaforscher:innen des IPCC erneut deutlich, wie dringend der Handlungsbedarf ist. „ Alle globalen modellierten Pfade, die die Erwärmung ohne oder mit begrenzter Überschreitung auf 1,5 Grad begrenzen, und diejenigen, die die Erwärmung auf 2 Grad begrenzen, beinhalten schnelle, tiefgreifende und in den meisten Fällen sofortige Senkungen der Treibhausgasemissionen in allen Sektoren noch in diesem Jahrzehnt„, schreiben sie.

Es sei zwingend erforderlich, einen schnellen und weitreichenden Wandel in allen Sektoren und Systemen herbeizuführen. Anders seien anhaltende und deutliche Minderungen der Emissionen nicht zu erreichen. Diese seien jedoch notwendig, um eine lebenswerte Zukunft für die Menschheit zu sichern. Für die Einhaltung der 1,5-Grad-Grenze müssten die globalen CO2-Emissionen laut IPCC bis 2030 etwa um die Hälfte und bis 2050 um mindestens drei Viertel, besser noch auf Netto-Null gesenkt werden.

Die bisher getroffenen Maßnahmen seien aber weit entfernt von ausreichend. Das gelte sowohl für den Klimaschutz als auch für die Anpassungen an die Folgen des Klimawandels. „Die meisten Anpassungen sind fragmentarisch, inkrementell, sektorspezifisch und ungleich über die Regionen verteilt. Der Synthesebericht unterstreicht die Dringlichkeit ehrgeizigeren Handelns und zeigt, dass wir bei sofortigem Handeln noch immer eine lebenswerte Zukunft für uns alle sichern können„, so der IPCC-Vorsitzende Hoesung Lee.

Zusätzlich erteilte der Weltklimarat auch eine Absage an eine in der Politik beliebte Argumentationsstruktur. Dort wird häufig darauf verwiesen, man wolle auf künftige Technologien setzen, sodass es unproblematisch sei, das 1,5- oder gar das zwei-Grad-Ziel zu überschreiten. Man könne das überschüssige CO2 im Nachgang einfach aus der Atmosphäre entfernen. Das IPCC wies darauf hin, dass CO2-Capture-Techniken zwar jetzt bereits unverzichtbar seien, um die Klimaziele überhaupt noch erreichen zu können, aber einige Prozesse mit hoher Wahrscheinlichkeit irreversibel oder zumindest in ihren Auswirkungen über Jahrhunderte und Jahrtausende spürbar seien.

„Der Bericht zeigt sehr deutlich auf, mit welchen brachialen Risiken das verbunden wäre. Es geht um den unumkehrbaren Verlust einiger Ökosysteme, auch anderer Dinge. Denken Sie an den Gletscherschwund zum Beispiel. Denken Sie an das Absterben von Korallenriffen. Da ist es relativ egal, ob wir nach drei Dekaden wieder zurückkommen würden. Wenn diese Systeme einmal verloren sind, sind sie unwiderruflich verloren„, so Matthias Garschagen von der LMU München, der einer der Leitautoren des 6. Sachstandsberichtes ist.

Finanzierung: Internationale Kooperation ist unumgänglich

Ein anderer wichtiger Punkt, auf den der Synthesebericht eingeht, ist die Finanzierung von Maßnahmen zum Klimaschutz und zur Anpassung an den Klimawandel. „Wenn die Klimaziele erreicht werden sollen, müsste die Finanzierung sowohl für Anpassung als auch für die Minderung des Klimawandels um ein Vielfaches steigen. Es ist ausreichend globales Kapital vorhanden, um die globalen Investitionslücken zu schließen, aber es gibt Hürden für die Umlenkung von Kapital in Klimamaßnahmen„, heißt es in dem Bericht. Es gehe maßgebnlich auch darum, dass die Entwicklungs- und Schwellenländer ärmere Länder bei ihren Klimaschutzmaßnahmen unterstützen. Denn dort seien die Menschen nicht nur überproportional stark von den Folgen des Klimawandels betroffen, sondern ein effektiver Klimaschutz sei ohne Hilfe von außen nicht umsetzbar. Um den globalen Klimawandel aufzuhalten, sei es aber auch notwendig, dass die ärmeren Länder mitziehen können. „Internationale Kooperation ist eine entscheidende Voraussetzung, um ehrgeizige Klimaschutz-Maßnahmen, Anpassung und eine klimaresiliente Entwicklung zu erreichen„, heißt es in dem Bericht.

via IPCC

In kohlereichen Ländern wie China, USA, Südafrika, Australien und Indien wird der Chemierohstoff Kohlenstoffmonoxid (CO) aus Kohle hergestellt, in Deutschland und den meisten anderen Ländern aus Erdöl und Erdgas. CO wird unter anderem benötigt, um Kunststoffe und Methanol herzustellen, einen weiteren Chemierohstoff. Statt fossile Rohstoffe zu verwenden könnte CO auch mit dem Kohlenstoffdioxid (CO₂) hergestellt werden, das sich in der Luft befindet. Das würde nebenbei noch den Klimawandel verlangsamen.

Mit grünem Strom und Klimagas

Ein solches Verfahren haben Wissenschaftler am Forschungszentrum Jülich (FZJ) entwickelt. Um dem CO₂-Molekül ein Sauerstoffatom zu entreißen ist Energie nötig, denn die Atome hängen weit fester als Kletten aneinander. Diese Energie liefert elektrischer Strom, grüner natürlich, um die Umwelt nicht zu gefährden. Ähnlich wie bei der Wasserspaltung in Wasser- und Sauerstoff findet die CO-Herstellung in einem Elektrolyseur statt.

Am Ende steht „grünes“ Kohlenstoffoxid

Das Verfahren basiert auf einer so genannten Gasdiffusionselektrode. Das ist eine poröse Elektrode, deren Rückseite von CO₂ umspült wird. An der Vorderseite grenzt sie an einen festen Elektrolyten. Die Elektrode bringt die beiden Medien und den elektrischen Strom zusammen und sorgt so dafür, dass am Ende „grünes“ CO entsteht.

Potenziell klimanegativ

Das Verfahren ist nicht nur interessant für die Chemieindustrie, es ist auch gut fürs Klima. „Entsprechende Anlagen arbeiten klimaneutral, wenn sie mit grünem Strom betrieben werden“, so Bernhard Schmid vom FZJ-Institut für Energie- und Klimaforschung, der das Verfahren gemeinsam mit dem Doktoranden Maximilian Quentmeier entwickelt hat. „Gewinnt man das Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre, beispielsweise mittels Direct Air Capture, oder entnimmt es aus Biogasanlagen, ist die Technik sogar potenziell klimanegativ

Unterm Strich könnte die Technologie also dazu beitragen, die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre aktiv zu verringern. „Im Prinzip wären so Kunststoffe machbar, die als Kohlenstoffsenke dienen – praktisch eine Art künstliches Holz, das CO₂ enthält“, so Schmid. Dieses wird, so lange das Bauteil in Funktion ist, der Atmosphäre entzogen.

CO-Pipeline überflüssig?

Auf Anhieb erzielte das Gerät einen Wirkungsgrad von 30 Prozent. „Das ist bereits ein sehr vielversprechender Wert“, meint Institutsdirektor Professor Rüdiger-A. Eichel. Er lasse sich durch Optimierung noch deutlich verbessern. Letztlich sei mit dieser Technik eine dezentrale Herstellung von CO möglich, anders als heute. Die umstrittene CO-Pipeline, die die Chemiestandorte Dormagen und Krefeld-Uerdingen verbindet, aber noch nicht in Betrieb ist, wäre dann überflüssig.

via FZ Jülich

Für Lignin, das im Millionen-Tonnen-Maßstab bei der Papierherstellung anfällt, gibt es kaum sinnvolle Verwendungsmöglichkeiten. Deshalb wird es meist verbrannt, obwohl der Heizwert gering ist. Doch Stora Enso, ein Zellstoff- und Papierkonzern in der finnischen Hauptstadt Helsinki, hat eine neue Nutzungsmöglichkeit erschlossen. In einer Pilotanlage im Stora-Enso-Werk Sunila in Finnland produziert das Unternehmen einen Lignode genannte Hartkohlenstoff aus Lignin, der Grafit als Elektrode in Lithium-Ionen-Batterien ablösen soll. Allein an diesem Standort fallen jährlich 50.000 Tonnen Lignin an. Wie viel davon schon für die Lignode-Produktion genutzt wird, lässt der Konzern offen. Doch klar ist, dass sich Europas Industrie damit von der großen Abhängigkeit von China zumindest teilweise befreien könnte. Von dort kommen 70 Prozent des weltweiten Bedarfs an diesem Rohstoff, der weitgehend bergmännisch gewonnen wird.

Höhere Kapazität

Um Zellstoff zu gewinnen, aus dem letztlich Papier hergestellt wird, muss Holz von Lignin befreit werden, das wie ein Klebstoff die Fasern zusammenhält. Holz besteht zu 20 bis 30 Prozent aus Lignin. Wenn dieses im großen Stil zur Herstellung von hochwertigem Elektrodenmaterial genutzt wird, könnte sogar die Forstwirtschaft in Form von höheren Erlösen davon profitieren.

Und natürlich die Batteriehersteller und damit die Verbraucher. Denn Lignode sorgt dafür, dass Batterien, die auf dieser Basis hergestellt werden, nicht nur schneller geladen werden können, sondern auch mehr Energie speichern. Für Elektroautos bedeutet das eine größere Reichweite.

Amorpher statt schichtweiser Aufbau

Grund für die Verbesserung ist die Struktur des Materials. Während Grafit in Schichten aufgebaut ist, die dem Stromfluss hemmen, hat Lignode eine amorphe, gleichmäßige Struktur, die dem Ladestrom weniger Widerstand entgegensetzen.

Anodenmaterial im Überfluss

Der ständig steigende Bedarf an leistungsstarken Batterien führt dazu, dass immer mehr Mineralien abgebaut und raffiniert werden müssen. Darüber hinaus legt ein vom Geologischen Dienst Finnlands veröffentlichter Bericht nahe, dass es nicht genügend Rohstoffe für den weltweiten Umstieg auf Elektrofahrzeuge gibt. Zumindest beim Anodenmaterial könnte die finnische Entwicklung Entspannung bedeuten.

via

In den letzten Jahren wurde viel über die Klimabilanz von Flugreisen diskutiert. Auch deshalb haben Angebote an Beliebtheit gewonnen, die versprechen, die entstandene Klimabelastung auszugleichen. Wer allerdings die verschiedenen Möglichkeiten vergleicht, wird über die Preisunterschiede überrascht sein. So bietet British Airways an, die Emissionen eines Flugs von London nach New York für knapp vier Pfund auszugleichen. Bei der deutschen Organisation Atmosfair hingegen werden für die gleiche Strecke mehr als 18 Pfund fällig. Erklären lässt sich dieser Unterschied durch einen Blick in die Details. Denn British Airways kalkuliert mit 348 Kilogramm an CO2-Äquivalent, während Atmosfair mit einem Wert von 896 Kilogramm operiert. Der entscheidende Unterschied: Die Airline bezieht sich größtenteils auf die durch die Verbrennung des Kerosins erzeugten Emissionen. Die Berechnung erfolgt also ähnlich wie bei einem Auto am Boden. Ganz so einfach ist die Sache aber nicht.

Flugzeuge tragen auch über die eigentlichen CO2-Emissionen hinaus zur Erderwärmung bei

Denn Flugzeuge fliegen in großer Höhe, was zu zusätzlichen Problemen führt. So bilden sich aus dem freigesetzten Wasserdampf und den abgegebenen Rußpartikeln hinter dem Flugzeug schnell kleine Eiskristalle. Von der Erde aus sieht man diese in der Regel als Kondensstreifen. Diese Art von künstlichen Wolken sorgen dafür, dass Wärme in der Atmosphäre gehalten wird, die andernfalls ins Weltall entweichen würde. Somit tragen Flugzeuge auch über die eigentlichen CO2-Emissionen hinaus zur Erderwärmung bei. Dies ist aus wissenschaftlicher Sicht weitgehend unbestritten. Diskutiert wird aktuell aber noch über die Frage, wie groß dieser Effekt wirklich ist. Eine EU-Studie kam vor rund drei Jahren zu dem Ergebnis, dass die Kondensstreifen rund doppelt so stark zur Erderwärmung beitragen wie die CO2-Emissionen eines Flugzeugs. Gleichzeitig räumten die Autoren aber auch ein, dass es noch einige Ungewissheiten gibt. Die meisten Untersuchungen gehen aber mindestens von einer Verdoppelung des Erderwärmungseffekts aus.

Airlines verweisen auf vermeintlich noch ungeklärte Fragen

Airlines müssten demzufolge also nicht nur daran arbeiten, die direkten CO2-Emissionen zu verringern. Vielmehr werden auch Strategien benötigt, um die Auswirkungen der Kondensstreifen zu minimieren. Tatsächlich scheint das Thema bei Teilen der Branche aber keine hohe Priorität zu genießen. Dies wird schon am Beispiel des Ausgleichsrechners bei British Airways deutlich. Auch Ryanair und Wizz Air verweisen auf noch ungeklärte Fragen und wollen deshalb noch keine konkrete Strategie verabschieden. In Großbritannien wandte die Branche sich folgerichtig auch gegen neue gesetzliche Regelungen in diesem Bereich. Kritiker sehen den Verweis auf vermeintlich noch offene Fragen hingegen als Vorwand, um keine kostspieligen Gegenmaßnahmen ergreifen zu müssen. Inzwischen wurden zumindest gleich mehrere Forschungsprojekte aufgelegt, die die genauen Auswirkungen der Kondensstreifen ermitteln sollen. Im Idealfall reduzieren sich dadurch dann bald die Preisunterschiede bei den Ausgleichszahlungen.

Via: The Guardian

In den USA und in Deutschland sind automatische Geräte zum schonenden Entfernen von Unkraut auf Äckern entwickelt worden. Sie werden an Traktoren montiert. Kameras nehmen Bilder von Nutzpflanzen und Unkraut auf. Ein Mikroprozessor unterscheidet nahezu in Echtzeit die Pflanzen, die entfernt werden müssen und die, die bleiben dürfen. Diese Fähigkeit haben die Anlagen während eines Trainings mit unzähligen Unkrautbildern gelernt. Die dabei eingesetzte Software basiert auf künstlicher Intelligenz.

Serienproduktion in Buxtehude

Das deutsche System, Smart Spraying genannt, haben Bosch BASF Digital Farming in Köln entwickelt, ein gemeinsames Unternehmen des Chemieriesen BASF und des Autozulieferers Bosch. Kamerasensorik und Software stammen von Bosch, die Unterscheidung Nutzpflanze-Unkraut von der BASF-Tochter. Das System wird von Herbert Dammann in Buxtehude in Serie produziert, einem Spezialisten für Sprühsysteme für die Landwirtschaft.

Einsparung von Herbiziden

Wenn ein Unkraut entdeckt wird bewegt sich eine Düse blitzschnell hin und killt es mit einer kleinen Menge Pflanzenschutzmittel. „Das trägt dazu bei, künftige gesetzliche Anforderungen und die EU-Ziele zur Reduzierung von Pestiziden zu erfüllen“, sagt Konstantin Kretschun, Co-Geschäftsführer Bosch BASF Smart Farming. „Feldtests an verschiedenen Standorten unter unterschiedlichen agronomischen Bedingungen haben gezeigt, dass die Smart-Spraying-Lösung einen effizienteren Einsatz von Herbiziden ermöglicht, ohne Kompromisse in der Unkrautkontrolle eingehen zu müssen.“

In den USA killen Klingen  das Unkraut

FarmWise, der Konkurrent aus dem kalifornischen Salinas, setzt mit „Vulcan“ auf eine mechanische Entfernung des Unkrauts. Das junbge Unternehmen ging aus dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge/USA hervor. Es kann in der kleineren Version acht, in der größeren 24 Pflanzenreihen gleichzeitig von Unkraut befreien. Das Gerät hat die Bilder von 20 Unkräutern „im Kopf“. Der Mikroprozessor steuert Klingen, die den unerwünschten Pflanzen den Garaus macht. Sie treffen mit einer Genauigkeit von weniger als zwei Zentimetern.

Laut FarmWise kann der Vulcan am Tag und wegen integrierter Scheinwerfer auch nachts auf nassen und trockenen Feldern eingesetzt werden. Seine Elektronik ist absolut wasserdicht.

via Farmwise

Die Entwicklung der Energieversorgung in China verläuft aktuell in zwei eher gegensätzliche Richtungen. Zum einen werden die Erneuerbaren Energien massiv ausgebaut. In absoluten Zahlen betrachtet ist das Reich der Mitte hier sogar weltweit führend. Gleichzeitig wird aber in diesem Jahr auch deutlich mehr Kohle gefördert und verbrannt als in den Vorjahren. Der Hintergrund: Ähnlich wie auch in Deutschland musste auf die klimaschädliche Kohle vermehrt zurückgegriffen werden, um die Turbulenzen auf dem internationalen Energiemarkt in Folge des russischen Angriffskriegs in der Ukraine abzufedern. Ein interessantes Großprojekt zeigt nun aber, dass die Regierung auch den Ausbau der Erneuerbaren Energien nicht aufgegeben hat. So berichten die staatlichen Medien aktuell über den Bau des Maerdang-Staudamms. Dieser befindet sich am oberen Lauf des Gelben Fluss und soll nach der Fertigstellung auf eine Leistung von 2.200 Megawatt kommen. Auf ein ganzes Jahr gerechnet läge der Output demnach bei 7,3 Terawattstunden.

Die Bauarbeiten brachten mehrjährige Verzögerungen mit sich

Die Besonderheit des Projekts: Der Staudamm wird rund 5.000 Meter über dem Meeresspiegel errichtet. Zur Einordnung: Dies ist rund zweitausend Meter höher als der Gipfel der Zugspitze. Selbst der Mont Blanc als höchster Berg Westeuropas kommt lediglich auf eine Höhe von 4.807 Metern. Es ist daher kein Wunder, dass die chinesischen Behörden vom höchsten Bauwerk seiner Art sprechen. Man benötigt nicht viel Phantasie, um sich vorzustellen, dass die Arbeiten an einem Staudamm im absoluten Hochgebirge mit einigen Schwierigkeiten verbunden sind. Diese Erfahrung machten auch die chinesischen Ingenieure vor Ort. Denn die Arbeiten an dem Projekt begannen bereits im Jahr 2011. Eigentlich sollte dann schon ab dem Jahr 2018 Strom produziert werden. Allerdings kam es zu unerwarteten Verzögerungen. Weitere Probleme brachten dann die Beschränkungen in der Folge der weltweiten Corona-Pandemie mit sich. Diese wurden inzwischen auch in China weitgehend aufgehoben, sodass die Arbeiten nun vollendet werden können.

Millionen Tonnen an CO2-Emissionen sollen eingespart werden

Aktuell ist die Inbetriebnahme für März nächsten Jahres geplant. Nach der kompletten Fertigstellung sollen sich dann auch positive Folgen für den Kampf gegen den Klimawandel ergeben. So haben die Initiatoren des Projekts zwei Zahlen kommuniziert. Durch die gewonnene Wasserkraft können demnach 2,56 Millionen Tonnen Kohle eingespart werden. Dies entspricht in etwa 8,16 Millionen Tonnen an CO2-Emissionen. Wasserkraft spielt beim Ausbau der Erneuerbaren Energien in China eine wichtige Rolle. So wurde erst kürzlich das weltweit zweitgrößte Wasserkraftwerk in Betrieb genommen. Ganz frei von Kritik sind solche riesigen Projekte allerdings nicht: Immerhin stellen sie massive Eingriffe in die lokalen Ökosysteme dar. Außerdem kommt es immer wieder auch zu Zwangsumsiedlungen. Parallel zur Wasserkraft wird im Reich der Mitte aber auch die Solar- und Windenergie massiv ausgebaut. In diesem Zusammenhang versucht das Land auch bei den dafür benötigten Technologien Expertise aufzubauen. Ein Beispiel dafür: Der Bau des größten Windrads der Welt.

Via: Electrek

Forscher:innen gelang es erstmals, funktionsfähige weibliche Eizellen aus männlichen Stammzellen von Mäusen zu erzeugen. Diese Eizellen konnten anschließend sogar mit Spermien befruchtet werden, woraufhin gesunde, lebensfähige Mäusebabys entstanden, die rein biologisch betrachtet zwei Väter und keine Mutter hatten. Es könnte sich dabei um einen wichtigen Durchbruch in der Fortpflanzungsmedizin handeln. Ob die Methode auch bei Menschen und anderen Säugetieren funktioniert, muss sich indes erst herausstellen.

Geschlechtsumwandlung bei Zellen

Welches biologische Geschlecht ein Mensch hat, entscheiden, der Name legt es nahe, die Geschlechtschromosomen. Während in weiblichen Zellen ein doppeltes X-Chromosom getragen wird, sind es in männlichen Zellen ein X- und ein Y-Chromosom. Diese genetischen Faktoren beeinflussen nicht nur unser Geschlecht, sondern auch die Frage, ob sich aus Keimzellvorläufern in unseren Geschlechtsorganen männliche Spermien oder weibliche Eizellen entwickeln.

Allerdings ist es möglich, in diesen Entwicklungsprozess durch Biotechnologie einzugreifen. So können etwa Mäuseembryos aus Stammzellen statt aus befruchteten Eizellen oder aus einer manipulierten Stammzelle und einer Keimzelle des selben Geschlechts erzeugt werden.

Ein Team rund um Kenta Murakami von der Universität Kyushu ging nun noch einen Schritt weiter. Die Forscher:innen haben erfolgreich und in einer Weltpremiere das genetische Geschlecht von Stammzellen verändert. Dabei entstanden aus männlichen Keimzellvorläufern weibliche Eizellen. Als Ausgangspunkt nutzte das Team embryonale und induzierte Stammzellen männlicher Mäuse, die dementsprechend ein X- und ein Y-Chromosom trugen.

Bereits in früheren Untersuchungen wurde festgestellt, dass bei der Zucht von Stammzellen in Kulturen Teilungsfehler auftreten können, bei denen im Schnitt ein bis drei Prozent der Zellen mit XY-Chromosomensatz spontan ihr Y-Chromosom verlieren. Murakami und seinen Kolleg:innen gelang es, die Anzahl sogenannte X0-Zellen in ihren Zellkulturen auf bis zu sechs Prozent zu erhöhen, indem sie häufig das Kulturmedium wechselten. Anschließend versetzten die Forscher:innen die Kulturen mit dem Hemmstoff Reversin, dessen Aufgabe es ist, die Kontrollmechanismen zu hemmen, die bei der Zellteilung dafür zuständig sind, dass die Chromosomen korrekt aufgeteilt werden.

Embryos aus umgewandelten Eizellen

Das Ergebnis war, dass in den Stammzellkulturen bis zu 21,5 Prozent Zellen mit zwei X-Chromosomen entstanden – also Zellen, die genetisch betrachtet weiblich waren. „Dieser Ergebnisse demonstrieren, dass man XX-Stammzellen aus Vorläuferzellen mit XY oder X0-Geschlechtschromosomen erzeugen kann, indem man das Y-Chromosom erst entfernt und dann das X-Chromosom verdoppelt„, so die Wissenschaftler:innen.

Allerdings lagen so noch keine befruchtungsfähigen Eizellen vor. Hierfür war noch ein Zwischenschritt nötig. Das Team gab die umgewandelten Stammzellen in Gewebekulturen aus dem Eierstock weiblicher Mäuse. Diese Gewebeart produziert Signalstoffe und Wachstumsfaktoren, mit denen die Differenzierung von Stammzellen zu reifen Eizellen induziert wird. Im Versuch wandelten sich 108 der 349 XX-Stammzellen in reife, weibliche Eizellen um, was nach Angaben der Forscher:innen ein ähnlicher Anteil wie bei gewöhnlichen weiblichen Stammzellen sei.

Durch Befruchtung der umgewandelten Eizellen mit den Spermien männlicher Mäuse entstanden Embryos. Einige dieser Embryos wuchsen nach der Austragung in Leihmüttern zu lebensfähigen und fortpflanzungsfähigen Mäusen heran. Somit gelang es den Forscher:innen erstmals, aus einer rein männlichen Zelllinie Nachkommen beiderlei Geschlechts zu erzeugen. Dies könnte ein wichtiger Schritt sein, wenn es darum geht, durch genetisch bedingte Chromosomenfehler verursachte Unfruchtbarkeit zu überwinden.

Doch damit nicht genug: „Diese Arbeit öffnet die Möglichkeit, gefährdete Säugetierarten aus nur einem einzigen verbleibenden Männchen weiterzuzüchten. Und es könnte sogar dazu beitragen, dass mehr Menschen eigene Kinder bekommen können – darunter gleichgeschlechtliche Paare, Transgender-Menschen und Menschen mit XXY-Gensatz“ so Diana Laird und Jonathan Bayerl von der University of California in San Francisco in einem begleitenden Kommentar.

Einsatz am Menschen?

Ob die an Mäusen gezeigte Methode auch bei anderen Säugetieren und vor allem bei Menschen funktioniert, ist allerdings noch unklar. „Die Machbarkeit einer Anwendung beim Menschen ist offen. Die Schritte, durch die Stammzellen zu reifen Eizellen werden, wurden mit menschlichen Zellen noch nicht verlässlich durchgeführt„, so der Reproduktionsforscher Rod Mitchell von der University of Edinburgh, der nicht an der Studie beteiligt war.

Außerdem müsse die Sicherheit der Verfahren und die Gesundheit der daraus resultierenden Nachkommen genau geprüft und untersucht werden, bevor eine Anwendung beim Menschen überhaupt in Frage komme.

via Nature

Glas ist in unserem Alltag omnipräsent – ob als einfaches Wasserglas, in Form von Fensterscheiben oder in diversen Anwendungsfällen in der Technik. Glas besteht aus Quarzsand, Acryl oder auch Metallen und ist stabil sowie optisch präsent. Außerdem ist es beständig gegenüber den meisten chemischen Einflüssen. Allerdings ist Glas auch nicht biologisch abbaubar, was gerade bei Hightech-Gläsern aus Metallen oder metallorganischen Strukturen ein Problem. Chemiker:innen gelang es nun, ein Glas herzustellen, das nicht nur transparent und stabil ist, sondern auch in der Natur oder im Körper abgebaut werden kann.

Glas aus biologischen Molekülen

Ein typisches Merkmal für Glas ist seine amorphe Struktur: Das Rohmaterial wird geschmolzen und daraufhin so schnell abgeschreckt, dass es nicht auskristallisieren kann und in einem quasi flüssigen Zustand erstarrt. Das führt zu einem stabilen Material, das aber nicht biologisch abgebaut werden kann. Dies ließe sich ändern, wenn es möglich wäre, Gläser aus Biomolekülen wie etwa Peptiden oder Proteinen herzustellen. Diese sind allerdings nicht hitzebeständig, sodass das für die Herstellung von Glas nötige Erhitzen und Abschrecken nicht in Frage kommt.

Einem Team rund um Ruirui Xing von der chinesischen Akademie der Wissenschaften gelang es nun dennoch, ein biologisches Glas zu entwickeln, das optisch, mechanisch und chemisch die Eigenschaften von Glas aufweist, allerdings biologisch abgebaut werden kann. Ausgangsstoffe des neuen Bioglases sind Aminosäuren und Peptide, die chemisch modifiziert wurden, sodass sie über eine bessere Hitzebeständigkeit verfügen. Hierfür haben die Forscher:innen die Moleküle um Acetylgruppen, Benzyloxycarbonylgruppen oder 9-Fluorenylmethyloxycarbonylgruppen als eine Art stabilisierende Schutzgruppen ergänzt.

Auch im Körper biologisch abbaubar

Das neue Bioglas ist thermisch und mechanisch stabil. Dennoch konnten Tests belegen, dass es in der Natur gut und relativ vollständig abgebaut werden kann. „ Glas aus Acetyl-Aminosäuren wurde in einer Kompostierungsanlage innerhalb von drei Wochen zersetzt„, so die Forscher:innen. Die Zersetzung eines Glases aus einem mit Benzyloxycarbonylgruppen stabilisierten Peptid dauerte in der Erde etwa 7,5 Monate. Und sogar in biologischen Geweben, so zeigte sich, kann das biomolekulare Glas scheinbar problemlos abgebaut werden, stellte sich im Tests mit Mäusen heraus. Die Wissenschaftler:innen implantierten Glaskügelchen unter die Haut oder in die Muskulatur der Tiere, wo sie zuerst weich wurden und dann im Vergleich mehrerer Wochen immer kleiner, bis sie schließlich ganz verstanden. Während dieses biochemischen Abbaus wurden weder Entzündungs- noch Abstoßungsreaktionen beobachtet. Somit könnte das Bioglas etwa auch als Material für orthopädische Implantate eigesetzt werden.

„Unser Glasmaterial repräsentiert damit einen entscheidenden Schritt hin zur Entwicklung umweltfreundlicher Gläser aus biologischen Ausgangsstoffen. Unsere in-vitro- und in-vivo-Experimente belegen, dass diese biomolekularen Gläser biokompatibel, kompostierbar, biologisch abbaubar und biorecycelbar sind„, so Xing und sein Team. Das Glas eröffne neue Möglichkeiten, nützliche Materialien und die biologische Welt miteinander zu vereinen.

Das Team will die biomolekularen Gläser nun weiterentwickeln und sie in größerem Maßsstab herstellbar und einsatzfähig machen. „Noch ist unser biomolekulares Glas erst im Laborstadium, bis zu einer Kommerzialisierung in großem Maßstab ist es daher noch ein weiter Weg„, So Xuehai Yan, der als Seniorautor an der Studie beteiligt war.

via Chinese Academy of Science