Titelthema Wissenschaftsmagazin

Das Titelthema der Januar-Ausgabe 2021 des Magazins „bild der wissenschaft“ lautet „Zurück ins Leben“. In zwei Artikeln schaut das Wissenschaftsmagazin dorthin, wo sich eigentlich niemand aufhalten will: in die Intensivstationen. In „normalen“ Zeiten will wohl auch kaum jemand darüber lesen. Doch angesichts der Covid-19-Pandemie mag sich das geändert haben. Andrea Stegemann, Chefredakteurin des Wissenschaftsmagazins, schreibt … Weiterlesen

Digitalisierung der Landwirtschaft

Roboter, künstliche Intelligenz. Digitalisierung und umfassende Vernetzung sollen künftig eine Landwirtschaft ermöglichen, die weniger Ressourcen verbraucht und deutlich umweltfreundlicher ist als die heutige.      Bauern, die mehr Nähe zum Tier und zur Pflanze haben; Tiere, die sich wohl fühlen; weniger Eintrag von Düngemitteln in Grundwasser und Gewässer; weniger Einsatz von Pflanzenschutzmitteln, weniger Monokulturen: Wer wünscht … Weiterlesen

Wasserstoff, der Hoffnungsträger

Blick auf das Cover der effzett-Ausgabe 2-2020

Deutschland soll beim Wasserstoff zum globalen Vorreiter werden. So sieht es die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung vor. Wasserstoff gilt dabei nicht nur als zentrales Element, damit Deutschland seine Klimaziele bis 2050 erreicht. Er gilt auch als der dringend benötigte Baustein, um Elektrizität, Verkehr, Industrie und Wärmeversorgung zu vernetzen und zu optimieren. Deutschland soll sich international … Weiterlesen

Krankheiten scannen mit Terahertz-Strahlung

Blick auf den Titel des Forschungsmagazins future

Noch zu Beginn dieses Jahrtausends sprach die Wissenschaft von der Terahertz-Lücke. Denn es gab für alle Bereiche des elektromagnetischen Spektrums, von den Radiowellen bis zur Röntgenstrahlung, zahllose Sender und Empfänger – nur für die Terahertz-Strahlung nicht.  Sie liegt im Spektrum zwischen Infrarot-Licht und Mikrowellen. „Schon damals haben wir an der Idee gearbeitet, die Terahertz-Strahlung zur … Weiterlesen

Wie ich über Digitalisierung schreibe

Ein sehr kurze Geschichte des digitalen Wandels Die Digitalisierung krempelt unsere Welt um. Die digitale Transformation scheint sich dabei immer weiter zu beschleunigen. Es ist 36 Jahre her, da war Musik noch ausschließlich analog auf Schallplatte oder Tonband zu haben. Dann begann mit der CD die Digitalisierung der Töne. Vor rund 25 Jahren folgte die … Weiterlesen

Ein Paradies für Gamer

Willkommen in der virtuellen Welt: Experten des Jülich Supercomputer Centre ermöglichen es, dass man in die Ergebnisse von wissenschaftlichen Simulationen eintauchen kann wie in die virtuelle 3D-Umgebung eines Computerspiels. Für manchen Computerspieler käme es dem Paradies wohl recht nahe: das Büro von Jens Henrik Göbbert. Dort steht die perfekte Grundausstattung für Virtual Reality (VR): vom … Weiterlesen

Energiespeicher-Pläne im Ruhrgebiet

Der Journalist Frank Frick hat die Texte des Schwerpunkts „Zeitenwende im Ruhrgebiet“ in der Februarausgabe von „Deutschlands erstem Wissenschaftsmagazin“ geschrieben.  Er berichtet darin etwa über den ehrgeizigen Plan, nach dem Aus der letzten Steinkohle-Zeche im Ruhrgebiet auf deren Gelände ein unterirdisches Pumpspeicher-Kraftwerk zu errichten. In einem anderen Artikel stellt der Journalist die Wasserstadt Aden vor, die in Bergkamen entsteht. Ihre Bewohner sollen mithilfe von Wasser aus ehemaligen Bergwerken heizen und kühlen.

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Hier ein Ausschnitt aus einem der Artikel des Schwerpunktes:

Energie der Marke Prosper-Haniel

Ein Pumpspeicher-Kraftwerk könnte auf dem Gelände eines Bergwerks in Bottrop regenerativ erzeugte Energie speichern.

„Die Chinesen würden gucken – und sie wären beileibe nicht die Einzigen“, ist Ingenieur André Niemann überzeugt, Professor an der Universität Duisburg-Essen. Das Bauwerk, von dem er spricht, wäre tatsächlich weltweit einmalig. Auf den ersten Blick zu erkennen wäre davon allerdings nur ein etwa 100 000 Quadratmeter großer See. Der Rest läge unter der Erde, in Tiefen bis zu 520 Metern.

Der Ort: das Bergwerk Prosper-Haniel in Bottrop. Im Dezember 2018 wird mit seiner Schließung die Zeit zu Ende gehen, in der die Bezeichnung Kohlenpott für das Ruhrgebiet einen Sinn ergab. Dann wird der schwarze Energieträger nicht mehr aus der Erde geholt. Und es könnte mit einem Bauwerk begonnen werden, dessen Planung weit fortgeschritten ist. Es würde helfen, das schwankende Angebot an „grünem“ Strom – mithilfe von Wind oder Sonne erzeugt – an den stets schwankenden Strombedarf anzugleichen. Das „Untertage-Pumpspeicherkraftwerk“ wäre ein perfektes Sinnbild für die deutsche Energiewende. Und zugleich stände es für den Strukturwandel im Ruhrgebiet. Mehr Symbolkraft geht nicht. Was derzeit noch fehlt, um die fertigen Pläne umzusetzen, sind allerdings Investoren.

Zukunft für Strecken und Streben

Die Idee geht auf das Jahr 2010 und ein kleines Team von Umweltwissenschaftlern an der Universität Duisburg-Essen zurück. Nachhaltigkeitsexperte Ulrich Schreiber bedauerte, dass die bergbauliche Infrastruktur – Schächte, Strecken und Streben – nach und nach einfach aufgegeben wurde. Schließlich hätten sie einen perfekten Zugang zur Unterwelt geboten. Als Geologie-Professor dachte Schreiber zunächst daran, diese Infrastruktur zur Nutzung der Erdwärme einzusetzen. Im Gespräch mit den Kollegen vom Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft um André Niemann kamen die Forscher dann auf die Möglichkeit eines unterirdischen Pumpspeicher-Kraftwerks.

Für ein Pumpspeicherkraftwerk braucht man normalerweise zwei Dinge: einen Berg und Wasser. Denn es besteht aus zwei Becken in unterschiedlicher Höhe, verbunden durch Druckrohrleitungen.  Soll elektrischer Strom gespeichert werden, so wird  Wasser vom Untersee in das Oberbecken gepumpt. Wird der Strom benötigt, wird das Wasser bergab zurück ins untere Bassin geleitet. Turbinen und Generatoren verwandeln die Kraft des fallenden Wassers wieder in elektrischen Strom.

Berge – und damit vergleichsweise viele Pumpspeicherkraftwerke – gibt es hierzulande vor allem in Süddeutschland, aber auch in den Nachbarländern Schweiz und Österreich. Für die Oberbecken werden manchmal ganze Berggipfel abgetragen. Oft befinden sich Druckrohre und Maschinen im Inneren eines Berges. Insofern ist der gedankliche Schritt von einem herkömmlichen Pumpspeicherwerk zu einer Anlage in einem Bergwerk nicht sehr groß. Statt Wasser von einer Bergspitze abwärts durch den Berg fließen zu lassen und in ein Talbecken zu leiten, kann man im Prinzip genauso gut Wasser von der Erdoberfläche aus in die Tiefe einer Bergwerksgrube fallen lassen.

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Extended Version eines Artikels

In der August-Ausgabe von „bild der wissenschaft“ habe ich nachgehakt: Mein Text zeigt, was aus der Superlinse geworden ist – 2008 hatte die Zeitschrift erstmals darüber berichtet. Hier der Artikel in einer Version, die etwas ausführlicher ist als die in bild der wissenschaft.

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Trübe Aussichten

Keiner hat sie eingesetzt bekommen: die Superlinse.

„Im Jahr 2014 bin ich 68. Dann lasse ich mir das künstliche Akkommodationssystem einbauen“, zitierte bild der wissenschaft in der Ausgabe 11/ 2008 („Die Superlinse“) den Ingenieur Georg Bretthauer. Der damalige Leiter des Instituts für Angewandte Informatik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und durchschnittlich zehn seiner Mitarbeiter hatten 2008 schon einige Jahre an dem System getüftelt, das bei einer kleinen Operation statt der natürlichen Linse ins Auge eingepflanzt werden sollte. Zum einen bei Menschen, die sowieso eine Kunstlinse benötigen, weil der Graue Star ihren Blick trübt. Zum anderen aber auch bei Alterssichtigen, deren Linse beim Hin- und Herschalten zwischen Nah- und Ferndistanz nicht mehr mitkommt. Allen sollte das Implantat helfen, ohne Gleitsichtgläser oder dem ständigen Brillenwechsel im Alltag scharf zu sehen.

Nur Demonstrator IV

Wäre das Implantat heute einsatzbereit, hätte Bretthauer es sich an der Universitäts-Augenklinik Rostock einsetzen lassen, dem medizinischen Partner der Karlsruher Ingenieure. Doch es gibt bislang nur den „Demonstrator IV“. Dieses System ist prinzipiell funktionsfähig – aber: Alle Komponenten sind doppelt so groß, wie sie sein dürften. Tatsächlich hat es sich als sehr schwierig erwiesen, Linsensystem, Antrieb, Sensoren, Regelung, Energieversorgung und Informationstechnik in einem Volumen von lediglich 70 Kubikmillimetern unterzubringen. Dass so wenig „Bauraum“ (Bretthauer) zur Verfügung steht, hatten die Rostocker Mediziner um Rudolf Guthoff erst im Laufe des Projektes erfahren: „Als Rudolf mit der Nachricht kam, dass der Querschnitt des Implantats nur  neun anstatt ursprünglich zehn Millimeter sein darf,  habe ich ihn gefragt: Weißt Du eigentlich, dass sich der Bauraum mit dem Quadrat des Radius verringert –nicht um rund 10, sondern um fast 30 Prozent?“, erinnert sich Bretthauer. 

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Fracking: Gute Theorie, schlechte Praxis

Auch erschienen auf wissenschaft.de

Nun hat sich auch die Deutsche Akademie für Technikwissenschaften acatech gegen ein generelles Fracking-Verbot ausgesprochen. Gleichzeitig fordert sie hohe Sicherheitsstandards und einen offenen Dialog über die Risiken. Dass viele Menschen der Industrie genau in diesen Punkten nicht trauen, hat durchaus rationale Gründe – Gründe, die es der acatech-Position schwer machen, sich durchzusetzen.

Die acatech vertritt die deutschen Technikwissenschaften im In- und Ausland in – so die Selbstauskunft – „selbstbestimmter, unabhängiger und gemeinwohlorientierter Weise“. Das erklärte Ziel ihrer aktuellen Stellungnahme ist es, die Diskussion um das Fracking mit einer wissenschafts- und technikbasierten Abwägung zu unterstützen – angesichts verhärteter Fronten zwischen Befürwortern und Gegnern. Das Ergebnis: Insgesamt, so acatech Präsident Reinhard F. Hüttl, „lassen sich Beeinträchtigungen des Trinkwassers, Austritte von Methan-Gas und induzierte Mikro-Erdbebentätigkeit bei einem verantwortungsvollen, sachgemäßen Einsatz der Technologie so weitgehend ausschließen, dass ein generelles Verbot wissenschaftlich nicht zu begründen ist.“ Dieser Standpunkt liegt auf einer Linie mit den geologischen und technologischen Fachgesellschaften weltweit. Insofern ist er auch wenig überraschend.

Das Problem verbirgt sich in dem Wort „verantwortungsvoll“ von Hüttls Aussage. Zwei Beispiele mögen das illustrieren.

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Textilfarbstoffe umweltfreundlich klären

erschienen in Forschung im Fokus, Sonderpublikation der TH Köln, 2014

Um Jeansstoff und andere Baumwolle, aber auch Seide und Wolle in nahezu allen vorstellbaren Tönen zu färben, setzt die Textilindustrie Hunderte verschiedener Azofarbstoffe ein. Diese wasserlöslichen Stoffe reagieren chemisch mit der Textilfaser und werden daher fest an sie gebunden. Sie bleichen selbst bei häufigem Waschen in der Maschine oder bei Sonneneinstrahlung kaum aus. Doch die bunte Welt der Mode hat ihre Schattenseiten.

Dazu zählt, dass beim Färben längst nicht der gesamte Azofarbstoff auf der Faser landet. Ein erheblicher Anteil reagiert in der färbenden Lösung mit Wasser. „Die resultierenden Farbabwässer werden bislang oft nur sehr stark verdünnt und anschließend via Kläranlage in Flüsse eingeleitet“, sagt Chemikerin Prof. Astrid Rehorek, geschäftsführende Direktorin von STEPS. Nun ist dank der Arbeit von STEPS-Wissenschaftlern ein kostengünstiges biologisches Verfahren verfügbar, um Farbwässer zu entfärben und die Farbstoffe zu ungefährlichen Substanzen abzubauen.

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