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Was sind die aktuellsten Forschungsthemen? Welche Rolle spielt die Empa dabei? Unser Forschungsmagazin EmpaQuarterly (die frühere EmpaNews) gibt mit Interviews, Portraits und spannenden Berichten aus dem Labor Auskunft zu relevanten Fragen.
 

In Kürze

Spannende Superfaser für‘s CERN

Drähte, die gespannt werden, um Beschleuniger-Komponenten am CERN auf den Mikrometer genau auszurichten, fransen mit der Zeit aus. Das kann bei Messungen zu Ungenauigkeiten führen. Empa-Forscher entwickeln für das CERN nun ein mit einem speziellen Polymer beschichtetes, metallisiertes Garn, das die Komponenten über längere Zeit ausrichten kann, ohne dabei an Spannung zu verlieren.
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Die Schweiz wird schwerer

Empa-Forschende haben im im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU)  die gesamten Material- und Energieflüsse der schweizerischen Volkswirtschaft erfasst. Ihr Synthesebericht namens MatCH (Material flows Switzerland) liefert nun wichtige Daten und Vergleiche. Interessant: Jedes Jahr wird die Schweiz durch Importe, die im Land verbleiben um 52 Millionen Tonnen «schwerer». 12 Millionen Tonnen Material werden entsorgt, 18 Millionen Tonnen exportiert. (Grafik: Empa)
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Das unsichtbare Schlüsselloch

Auf den ersten Blick wirkt die Idee von Empa-Forscherin Evgeniia Gilshtein unscheinbar – oder genauer gesagt: unsichtbar. Was zunächst lediglich wie eine simple Klarsichtfolie aussieht, verbirgt ein ganz neues Mass an Sicherheit in sich. Denn auf das transparente Trägermaterial sind unsichtbare Schaltflächen mit leitfähiger Tinte gedruckt, deren Position nur Eingeweihten bekannt ist. Derartige Schaltungen können etwa als Zugangscode mit einem Türschloss verbunden werden. Werden die Schaltflächen auf der Polymerfolie in einer festgelegten Sequenz gedrückt, lässt sich das Türschloss öffnen. (Bild: Empa)
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Recycling

Gib Gummi für die Umwelt

Schweizer Autofahrer nutzen zahllose Autoreifen ab. Statt sie zu verbrennen, liessen sie sich quasi vor Ort wiederverwenden: Im Asphalt anderer Länder steckt längst Gummi aus Altreifen. Die Empa und Partner aus der Praxis beleuchten diese Idee für Schweizer Verhältnisse.
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Editorial

In Kreisläufen denken

Fast alles hat einen Anfang und ein Ende: das menschliche Leben, die Corona-Krise (hoffentlich!), die Präsidentschaft Donald Trumps – und unser Umgang mit Konsumartikeln. Herstellen, vertreiben, nutzen, wegwerfen, entsorgen. Dass bei diesem linearen Verhalten wahnsinnig viel Abfall anfällt und teils wertvolle Materialien für immer verloren gehen, liegt auf der Hand. Und dass unsere natürlichen Ressourcen endlich sind, auch.

Logische Konsequenz: Wir müssen uns endlich von der Wegwerfmentalität verabschieden und in Kreisläufen denken lernen. Will heissen: (Fast) nix ist Abfall, (fast) alles Rohstoff. Geht vermutlich nicht immer und überall, aber wir sollten es zumindest versuchen.

Etwa, indem wir das Klimagas CO2 aus der Atmosphäre einfangen und klimaneutrales Methan verwandeln. Dieser geschlossene Kohlenstoffkreislauf, den wir im Mobilitätsdemonstrator «move» erforschen, ist auch Thema einer neuen Ausstellung im Verkehrshaus der Schweiz in Luzern. Die genau gleiche Chemie beherrschen auch Mikroben tief unten in der Erdkruste. Ein europäisches Forschungsprojekt will sich dies zunutze machen, um ebenfalls CO2-neutrales Methan zu produzieren.

Selbst alte Autoreifen sollten nicht einfach in der in der KVA oder auf der Deponie landen; Empa-Forschende nutzen sie, um daraus eine neue Art Asphalt herzustellen und diesen auf seine Praxistauglichkeit zu untersuchen.

Dass aus einer Mülldeponie auch einmal etwas Nützliches kommt, zeigt die Entdeckung verschiedener Bakterienstämme aus Chemiemülldeponien. Diese nehmen es mit den hartnäckigsten Umweltgiften wie dem verbotenen Insektizid Lindan oder dem Flammschutzmittel HBCD auf und zersetzen sie – völlig biologisch.

Michael Hagmann, Leiter Kommunikation

Energiespeicher

Die Sonne im Boden speichern

Im Winterhalbjahr fällt in unseren Breiten zu wenig erneuerbare Energie an, um die kalte Jahreszeit zu überbrücken. Die Forschung an saisonalen Speicher- und Umwandlungstechnologien läuft deshalb auf Hochtouren. Die Empa ist an einem internationalen Forschungsprojekt beteiligt, das eine unkonventionelle Lösung ins Auge fasst: Erneuerbarer Wasserstoff und Kohlendioxid werden zusammen in den Boden gepumpt, wo natürlich vorkommende Mikroorganismen die beiden Stoffe in Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas, umwandeln.
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Energiehaushalt

Erst sortieren, dann sanieren

Die Schweiz ist bebaut. Rund 1.8 Millionen Gebäude stehen im Land, und pro Jahr wird nur ein Prozent dieses Gebäudebestandes saniert. Es dauert also rechnerisch 100 Jahre, bis der Gebäudebestand im Land durchgehend erneuert ist – das wäre zu langsam, um die Energiewende zu schaffen. Doch bevor die Politik stimulierende Förderprogramme beschliesst, muss diese gewaltige Aufgabe zunächst gegliedert werden: Welche Massnahmen sind wo sinnvoll? Womit fangen wir an?
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Personalisierte Medizin

Der simulierte Patient

Wo herkömmliche Therapien ungenau und kaum steuerbar sind, wären digitale Zwillinge eine erstrebenswerte Lösung. Mit Hilfe des in silico-Gegenübers liesse sich etwa die Schmerzbehandlung verbessern, indem er eine präzise und vorausschauende Dosierung ermöglicht. Empa-Forschende haben nun mehrere hundert solcher Avatare auf der Basis von realen Menschen modelliert und experimentell behandelt. Erstmals erhielten die digitalen Zwillinge dabei Rückmeldungen von echten Patientinnen und Patienten, dank derer die Empa-Forschenden die Therapie dann weiter optimieren konnten.
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Optik

Moleküle in kollektiver Ekstase

Wenn sich fluoreszierende Farbstoffmoleküle perfekt aneinanderschmiegen, entsteht etwas völlig Neues: Ein über viele Moleküle verteilter angeregter Zustand. Solche «kollektiven Anregungen» lassen sich vielfältig nutzen – etwa für organische Solarpanels, in Sensoren, für ultraschnelle Datenübertragung oder in der Mikroskopie. Empa-Forschern ist es gemeinsam mit Kollegen der ETH Zürich, der EPFL, des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der IBM Research Zürich gelungen, solche chemischen Lichtverstärker zehnfach effizienter zu machen als bisher.
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Medizintechnik

Pflaster für innere Wunden

Wunden im Verdauungstrakt zu verschliessen, ist eine Herausforderung. Empa-Forschende haben daher ein Polymer-Pflaster für den Darm entwickelt, mit dem Verletzungen stabil verklebt und abgedichtet werden können.
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Wissen im Bild

Husten Sie bitte mal!

Was passiert, nachdem ein Mensch gehustet hat? Wie verbreiten sich Tröpfchen mit Erregern wie SARS-CoV-2? Zwar gibt es bereits Modelle, die solche Vorgänge beschreiben, doch Empa-Forscher wollen sie verbessern – mit Hilfe einer Hustmaschine, die sie eigens entwickelt haben. Wie aus Lungenflügeln leiten zwei Schläuche Druckluft aus dem «Mund» (siehe Bildmitte, unter der weissen Flasche). Mit einer präzisen Steuerung simuliert die Maschine unterschiedliche Hust-Ereignisse mitsamt Tröpfchen. Die Luft ist auf Körpertemperatur aufgeheizt und hat eine relative Feuchtigkeit von 98 Prozent, um dem natürlichen Vorbild ganz nah zu kommen – ob mit oder ohne Maske. (Bild: Empa)
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Simulation

Die Energiesysteme von morgen komponieren

Moderne, dezentrale Energiesysteme sind eine hochkomplexe Angelegenheit. Diese optimal und kosteneffizient zu planen, stellt eine grosse Herausforderung für Energieplanerinnen und -planer dar. Das Empa Spin-off «Sympheny» bietet dazu eine Software, die Planern dabei hilft, das geeignete Energiekonzept für ein Gebäude, ein Quartier oder gar eine ganze Stadt zu finden und so deren Ziele hinsichtlich Nachhaltigkeit und Energieeffizienz zu erfüllen.
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Unterwegs

Die Maus im Nest
Am Sonntag, 7. März, feierte die «Sendung mit der Maus» ihren 50. Geburtstag. Für die Jubiläumsausgabe der erfolgreichsten Kindersendung im deutschen Fernsehen war Armin Maiwald, Moderator der ersten Stunde, zu Besuch im NEST an der Empa in Dübendorf. Das Thema: Wie bauen wir in Zukunft kreislaufgerecht?
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Treibstoffe der Zukunft entdecken
Gemeinsam mit den Partnern Avenergy Suisse  und Hyundai präsentiert die Empa seit März 2021 eine neue Dauerausstellung über nachhaltige Treibstoffe der Zukunft im Verkehrshaus der Schweiz. Im Fokus steht unter anderem die Frage: Wie kommt Ökostrom in den Tank? Und: Welcher Treibstoff ist für welche Zweck sinnvoll? In einem interaktiven Spiel können die Besucherinnen und Besucher sogar selbst virtuell Wasserstoff herstellen.
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Schweizer Ideen für den «Green Deal»
Zukunftsfähiges Bauen braucht radikale Innovationen – wie sie beispielsweise im NEST an der Empa erforscht und umgesetzt werden.
Vom Schweizer Beispiel inspiriert, lud die internationale Forschungsplattform ReConstruct am 22. März zu einer Online-Diskussion über Lösungen für klimaneutrales Bauen ein. Neben der österreichischen Klimaministerin Leonore Gewessler sass Peter Richner, stv. Direktor der Empa, mit am virtuellen Tisch.
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Die Filiale der Zukunft
Lidl Schweiz möchte seine Filialen künftig noch nachhaltiger und effizienter betreiben. In einem gemeinsamen Projekt mit der Empa wird dieses Vorhaben nun in die Tat umgesetzt. Zunächst werden der Energieverbrauch und das Zusammenspiel der Anlagen in bestehenden Filialen analysiert. Daraus entwickeln die Empa-Forscher ein optimiertes Konzept für die Filialen der Zukunft.
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Interview

Wohnen in der Kristallkugel

Alain Aerni probt den Blick in die Zukunft: Die von ihm entworfene Energiesteuerung «Crystalball» verbindet Photovoltaik, Wärmepumpe und Ladestationen und schätzt den Energiebedarf mit Hilfe von Wetterberichten voraus. An der Empa-Akademie präsentierte er im Herbst 2020 sein System.
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Altlasten

Entgifter aus der Deponie

Bakterien aus einer indischen Mülldeponie könnten helfen, chemische Altlasten zu beseitigen. Im Fokus stehen Pestizide wie Lindan oder bromierte Flammschutzmittel, die sich in der Natur und in Nahrungsketten anreichern. Forscher der Empa und der Eawag erzeugten mit Hilfe dieser Bakterien Enzyme, die solche Chemikalien zerlegen können.
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Fokus: Energie-Revolution