Fokus Forschung & Entwicklung

FOKUS FORSCHUNG& ENTWICKLUNG

EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

ENERGIE SPEICHERN Mit Power-to-Gas

DIE SMARTE FABRIK Die Rolle der Industrie 4.0

WISSENSTRANSFER Forschen für die Wirtschaft

MAI 2015

Reportage

ZU BESUCH IM CERN Der stärkste Teilchenbeschleuniger der Welt läuft wieder Kontrollwesen

Energiedatenmanagement

Buchhaltung %

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.

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EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

Dagmar Baroke Editorial 3 Lesen Sie mehr...

Neue Materialien bestimmen den Fortschritt Die Urgeschichte wird eingeteilt in Stein-, Bronze- und Eisenzeit.

Mit der Beherrschung eines jeden neuen Materials vollzog die Menschheit einen Entwicklungsschritt. Heute geht es um Materialien für den Einsatz in Kommunikations- oder Energietechnologien, beim Verkehr, Bau oder der Medizin. Forschende am Paul Scherrer Institut PSI untersuchen die statischen und dynamischen Strukturen solcher Materialien bis ins kleinste Detail und schaffen so Grundlagen für die Technologien von morgen.

Das PSI hat vom Bund den Auftrag erhalten, für die Schweiz einzigartige Grossforschungsanlagen zu betreiben. Diese Anlagen bieten Experimentiermöglichkeiten, die in üblichen Laboren nicht verfügbar sind.

Deshalb stellt das PSI sie allen Forschenden zur Verfügung.

Besonders aktuell sind Forschungsprojekte zu Materialien,

FOKUS FORSCHUNG&ENTWICKLUNG Projektleiter Daniel Hauser daniel.hauser@smartmediapublishing.com

Country Manager Jeroen Minnee Produktionsleitung Matthias Mehl

die im Energiebereich Verwendung finden sollen, z. B. für die Verbesserung von Batterien für zukünftige Elektroautos. Ziel ist, die Reichweite der Elektroautos und die Lebensdauer der Batterien zu erhöhen. Materialien dafür werden am PSI entwickelt und getestet. Die Fabrikation der kompletten Batterie bleibt aber der Industrie vorbehalten.

Ein anderes Beispiel ist der Abgaskatalysator. Im Motor entstehen Stickoxide und Schwefeldioxid. Der Abgaskatalysator wandelt diese schädlichen Stoffe in ungiftige um.

Leider sind die Katalysatoren teuer, weil sie Edelmetalle enthalten. Forschung am PSI soll helfen, günstigeren und wirkungsvolleren Ersatz zu finden.

Bei den genannten Beispielen will man ein bestehendes Produkt verbessern.

Die Technologien sind nahe am marktreifen Produkt, auch

wenn es oft Jahre dauert, bis man als Kunde von der Forschung profitiert.

In anderen Forschungsprojekten haben die Wissenschaftler keine konkreten Produkte zum Ziel, sondern erforschen erst die grundlegenden Eigenschaften der Materialien. So ist die Hochtemperatursupraleitung seit 1986 bekannt, jedoch ist der Mechanismus, der zu ihrer Entstehung führt, nicht vollständig verstanden. Somit fehlt eine wichtige Voraussetzung, mit der gezielt nach besseren Supraleitern gesucht werden könnte.

Auch die neue Grossforschungsanlage des PSI, der Röntgenlaser SwissFEL, der 2016 in Betrieb geht, wird einen Beitrag zur Materialforschung leisten: Er wird die einzelnen Schritte sehr schneller Veränderungen sichtbar machen und so den Forschenden helfen, diese Veränderungen im Detail zu

Text SMP

Distributionskanal Bilanz, 13. Mai 2015

Titelbild CERN

Druck Swissprinters AG, Zofingen

verstehen. Dabei kann es sich um Vorgänge im menschlichen Organismus handeln oder um solche in einem technischen Gerät. So wird etwa nach magnetischen Materialien für Festplatten geforscht, auf denen Daten dichter gespeichert und schneller ausgelesen werden können.

An all diesen und noch viel mehr Materialien forschen die Wissenschaftler am PSI, um heute das Wissen zu schaffen, von dem wir morgen profitieren könnten. n

Grafik und Layout Anja Cavelti

16

06 Medizintechnik im Wandel 08 Industrie 4.0 –

worum geht es dabei?

10 Reportage: CERN 12 Internet der Dinge 14 Angewandte Forschung 16

Lebensmittelforschung

18 Power-to-Gas

Viel Spass beim Lesen!

Daniel Hauser Projektleiter Dagmar Baroke, Leiterin Kommunikation am Paul Scherrer Institut

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04

04 Oberflächentechnologie

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4 Fokus Beschichtung

Maschinenteile, die ständig hohen Temperaturen ausgesetzt sind, können dank Oberflächentechnik länger ihren Dienst verrichten.

Eine Frage der richtigen Oberfläche Präzision und Qualität – dies zeichnet nicht nur die Produkte moderner Industriemaschinen aus, sondern auch die Maschine an sich. Die Oberflächen- und Beschichtungstechnik spielt dabei eine wichtige Rolle.

TEXT SMP

Maschinen werden gebaut, Maschinen laufen, Maschinen verschleissen.

Diese Entwicklung ist gegeben. Doch selbstverständlich sind Industriebetriebe daran interessiert, ihre investitionsintensiven Anlagen möglichst lange unter optimalen Bedingungen betreiben zu können. Die Lebensdauer von Maschinen und Teilen wächst also. Einen grossen Anteil daran hat die Oberflächen- und Beschichtungstechnik. Mit den Verfahren des «Thermischen Spritzens» lassen

sich ohne Veränderung des Grundwerkstoffs äusserst verschleiss- und korrosionsfeste Schichten nach Mass auftragen.

Wie funktioniert das? Die Verfahren des Thermischen Spritzens (das ursprüngliche Flammspritzen ist eine schweizerische Erfindung durch den Dr.-Ing. h.c. Max Ulrich Schoop) bieten innerhalb der modernen Oberflächentechnologien vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, heisst es bei Experten aus der Industrie.

Heute ist daraus weltweit ein Milliarden-Business entstanden. Bauteile aus verschiedenen Grundwerkstoffen lassen sich beispielsweise zum Schutz vor Verschleiss und Korrosion mit Schichten aus hochschmelzenden Metallen oder Keramiken versehen.

Grundsätzlich handelt es sich dabei – vereinfacht gesagt – um das gleiche

Schutz-Prinzip, wie wenn man Holz mit einer Lackschicht bestreicht.

DER IDEALE HITZESCHILD Natürlich können die industriell verwendeten Oberflächentechnologien noch einiges mehr als der Holzlack aus dem Baumarkt: Nebst des erwähnten Verschleissschutzes lassen sich bspw. auf thermisch stark belastete Bauteile Wärme isolierende Schichten auftragen. Die dafür verwendeten Beschichtungswerkstoffe werden beim Thermischen Spritzen einer energiereichen Wärmequelle (Brenngas-Sauerstoff-Flammen, Lichtbogen oder Plasmen aus Edelgasen) zugeführt und aufgeschmolzen.

Die an- oder aufgeschmolzenen Partikel werden dabei in Richtung des Werkstücks beschleunigt und prallen dort mit hoher Geschwindigkeit

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Where Science meets Business

(40 bis 600 Meter pro Sekunde) auf.

Nach der Wärmeübertragung an den Grundwerkstoff erstarren sie und bilden lageweise eine Schicht. Durch ein wiederholtes Überfahren mit dem Brenner wird die gewünschte Dicke erreicht – und die behandelte Oberfläche ist z.B. besser gegen hohe Hitzeeinwirkung, Verschleiss oder Korrosion geschützt.

Was Thermisches Spritzen auszeichnet, ist die flexible Anwendung.

Denn nahezu alle Grundwerkstoffe können beschichtet werden; seien es Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Faserverbunde oder Naturstoffe wie Stein, Holz usw. Je nachdem, welche Oberfläche mit Schichten versehen wird, unterscheiden sich Vorbehandlung und Schichtdicke (die von einem Mikrometer bis mehrere Millimeter reichen kann).

Oberflächen-Beschichtungen nach Mass

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Messtechnik Hintergrund 5

Wie sich die Messtechnik verändert Die industrielle Messtechnik ist im Wandel. Präzision, Effizienz und Optimierung von Arbeitsvorgängen sind Zielvorgaben, welche laufend an Wichtigkeit gewinnen. Nichts desto trotz muss auch in Zeiten der innovativen Erfindungen ein Augenmerk auf klassische Verfahren gelegt werden.

TEXT KATHRIN WÜRMLI

In jedem Industriezweig gibt es Objekte, welche es exakt zu vermessen gilt.

Seien es kleinste Motorenteile in der Automobilbranche, Getriebe in der Luft- und Raumfahrt oder Katherterpumpen in der Medizintechnik.

Nur mit korrekten und modernen Messgeräten und mit der richtigen

Handhabung ist es möglich, identische Teile maschinell auszumessen und herzustellen. Da die Herstellungsprozesse der Endprodukte stetig komplexer werden, muss sich die Wissenschaft auch im Bereich der industriellen Messtechnik laufend weiterentwickeln.

Der Markt verlangt immer häufiger Messgeräte, die mehrere Aufgaben der Messtechnik im einem Gerät erfüllen. Gemäss Marktkennern wird zudem verlangt, dass diese Mu l t i f u n k t i o n s g e r ä t e übersichtliche Protokolle liefern, welche Aufschluss über die gemessenen Daten geben. Keine leichte Aufgabe für die Industrie, bedenkt man mit welchen komplexen Daten, Werten und Materialien gearbeitet wird.

Die Metrologie, oder die «Wissenschaft vom Messen und ihre Anwendung», ist der Überbegriff für alle möglichen Arten des Messens. Will man in der industriellen Herstellung Längen, Abstände, Winkel oder weitere geometrische Grössen ausmessen und berechnen, macht man das mit sogenannten «Koordinatenmessgeräten». In diesem Bereich gibt es unterschiedliche Messmethoden. Die klassische Vorgehensweise nennt man taktile oder berührende Messung. Hierbei werden räumliche Koordinaten mit einem Tastkopf auf einer Oberfläche erfasst und mit Ziffern gekennzeichnet.

Diese Ziffern werden mit Hilfe einer hinterlegten

Die Relevanz der Messtechnik ist gross, die Lösungen entwickeln sich stetig weiter.

Software zu geometrischen Formen verarbeitet. Gemäss Experten ist der Genauigkeitsgrad dieser Methode nach wie vor höher als bei neuartigen Methoden.

Da die ganze Industrie laufend mit neuen Werkstoffen, Herstellungsverfahren und Methoden arbeitet, muss auch die Messtechnikbranche gezwungenermassen neue Vorgehensweisen erarbeiten.

Laserscanning ist eine dieser Methoden. Mit einem Laserstrahl wird die Oberfläche eines Körpers abgetastet und die Daten werden an die hinterlegte Software gesendet.

DIE MITARBEITER SIND GEFRAGT Im Laufe der Zeit hat

sich herauskristallisiert, dass nicht nur gute Infrastruktur zu exakten Messergebnissen führt.

Genau so wichtig für korrekte und genaue Ergebnisse ist gut geschultes Personal. Viele Messtechnikunternehmen haben es sich zum Ziel gemacht, Mitarbeiter intern bestmöglich zu schulen. Nur mit dem Motto «best use of equipment» ist es in dieser Branche möglich, gute Ergebnisse zu erzielen. Natürlich werden nicht nur firmenintern Ausbildungen angeboten. Diverse nationale und internationale Hochschulen bieten Studiengänge an, um angehenden Messtechnikern bestmögliche Startchancen in der Arbeitswelt zu geben.

EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

6 Aktuell Medtech

Herzprobleme gehören zu den verbreitetsten Krankheitsbildern. In diesem Bereich gibt es grosse technologische Fortschritte.

Medizintechnik – Innovationen, die Leben retten Die Gesundheitssysteme geraten weltweit immer mehr unter Druck und die Finanzierbarkeit ist bald nicht mehr gesichert.

Das zwingt auch die Medizintechnik-Branche zum Umdenken. Ein Einblick in aktuelle Entwicklungen und Innovationen dieser wichtigen Branche.

TEXT GEROLD BRÜTSCH PRÉVÔT / SMP

Basel ist mit seiner traditionellen Pharma- und Chemieindustrie der grösste Life Science-Standort in der Schweiz; gleich dahinter hat sich, betrachtet man die absolute Zahl der Erwerbstätigen, in der vergangen Jahren Zürich etabliert. Gemäss dem neuen «Cluster-Bericht des Amtes für Wirtschaft und Arbeit» hat der Kanton Zürich im Sektor Medizintechnik

sogar die Führung übernommen.

Diese Entwicklung sei deshalb möglich, weil der Cluster Life Science von der breiten akademischen Basis, die Zürich mit der ETH, der Universität Zürich, dem Universitätsspital, den anderen Spitälern und der Zürcher Fachhochschule ZHAW profitieren könne. Dieser Vorteil hilft den Unternehmen, im Markt zu bestehen, denn die Medizintechnik-Branche befindet sich in einem tiefgreifenden Veränderungsprozess und steht massiv unter Druck. Die Budgets für das Gesundheitswesen werden überall gekürzt. In Zukunft sind deshalb ganzheitliche Dienstleister gefragt und nicht mehr nur reine Gerätelieferanten.

WORAN WIRD GEARBEITET? Zu den am schnellsten wachsenden Feldern in der medizinischen

Behandlung zählt die Molekulardiagnostik. Darunter versteht man alle Tests und Methoden, die über die Erbsubstanz, DNA oder RNA, eine Krankheit, oder eine genetisch bedingte Anlage zu einer Krankheit nachweisen. Ihre Aufgabe besteht darin, zu erkennen, welche Patientengruppen aufgrund ihrer genetischen Veranlagung am besten für die Behandlung mit bestimmten Medikamenten geeignet sind.

Neben der Molekulardiagnostik stehen u.a. Herzkrankheiten im Fokus der Medizintechnik. Das kommt nicht von ungefähr, denn Herz-Kreislauf-Leiden sind auch in der Schweiz sehr verbreitet. Hoffnung für Betroffene geben derzeit Entwicklungen in Texas: Dort haben Biowissenschaftler die erste Pumpe zur Kreislaufunterstützung entwickelt, die sich per

Katheter einsetzen lässt und für den langfristigen Einsatz vorgesehen ist: Aortix von Procyrion Inc. bietet eine Behandlungsmöglichkeit für Menschen mit chronischen Herzstörungen, die wegen ihres Gesundheitszustands keine Medikamente einnehmen können. Alleine in den USA sind davon zwei Millionen Leute betroffen. Noch befindet sich das Produkt, das auch mit Schweizer Know-how hergestellt wird, in der Testphase, doch schon bald haben Kardiologen die Möglichkeit, jüngere Herzpatienten damit zu behandeln.

Und so funktioniert es: Aortix nimmt einen Teil des Blutes auf, gibt ihn als Strahl wieder ab und überträgt dabei seine Energie an das kardiovaskuläre System. Damit verbessert Aortix die Blutversorgung lebenswichtiger Organe wie der Nieren.

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EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

8 Schwerpunkt Industrie 4.0

Die «Industrie 4.0» steht für eine Industrie mit Fabriken die nicht nur einfach produzieren...

Auf dem Weg zur intelligenten Fabrik Unter dem Schlagwort «Industrie 4.0» wird seit ein paar Jahren immer lauter darüber nachgedacht, wie in Zukunft die industrielle Produktion intelligent organisiert werden könnte. Manche Experten sprechen diesbezüglich gar von einer vierten industriellen Revolution, die auf uns zukomme.

In erster Linie bietet die «Industrie 4.0» für Unternehmen jedoch schlicht und einfach bisher ungeahnte Möglichkeiten.

TEXT FRANCO BRUNNER

Wohl in keinem anderen Bereich gibt es derart viele Spezialbezeichnungen wie in der Industriebranche. Kaum eine Bewegung, kaum ein Trend, der es nicht Wert gewesen wäre, mit

einem Schlagwort versehen zu werden. Vielfach weiss derweil bis auf eine Handvoll Experten so gut wie niemand, was hinter diesen Bezeichnungen überhaupt genau zu verstehen ist. So ähnlich spielt sich das auch beim Begriff «Industrie 4.0» ab, der seit einigen Jahren fast schon übermässige Verwendung findet. Der Unterschied: Die Relevanz von Industrie 4.0 ist unbestritten. Über kaum ein anderes Konzept ist in jüngster Vergangenheit in der Industriebranche so viel und angeregt diskutiert worden wie über das, was gemeinhin auch als «vierte industrielle Revolution» bezeichnet wird. Während in der Fachpresse beinahe ständig über direkte oder indirekte «Industrie 4.0»-Themen geschrieben

wird, herrscht in der breiten Öffentlichkeit jedoch noch immer viel Unverständnis darüber, was dieses «Industrie 4.0» überhaupt bedeutet und wie relevant diese Entwicklung für die hiesigen Unternehmen werden könnte respektive es allenfalls schon ist.

Höchste Zeit also für einen Erklärungsversuch.

ZIEL IST DIE SMART FACTORY Gemäss einer im vergangenen Jahr vom internationalen Beratungsunternehmen Deloitte verfassten Studie zum «Werkplatz 4.0», bezeichnet man als «Industrie 4.0» eine «weitere Entwicklungsstufe der Organisation und Steuerung des gesamten Wertschöpfungsprozesses der verarbeitenden Industrie».

Mit anderen Worten: Unter dem Titel «Industrie 4.0» werden in Zukunft «mitdenkende» Waren produziert». Das Ziel ist die intelligente Fabrik – die Smart Factory, die einen hohen Automationsgrad aufweist und mit anderen Stellen verknüpft ist.

Künftige Industrieprodukte sollen in Zukunft überdies ebenso smart – sprich intelligent – sein und diverse Zusatzinformationen besitzen. Als Treiber dieser «vierten Revolution» gelten international betrachtet vornehmlich die Automobilindustrie und die Energiebranche.

Das klingt alles schön und gut und vor allem nach einer tatsächlich interessanten Vision. Doch wie weit ist diese Vision in der Schweiz auf ihrem Weg zur reellen

EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

Industrie 4.0 Schwerpunkt 9 Umsetzung bereits fortgeschritten? Gemäss der Umfrage und den diversen Expertengesprächen, welche im Rahmen der Deloitte-Studie betrieben wurden, hat die digitale Transformation zur Industrie 4.0 den Schweizer Werkplatz «erst ansatzweise erfasst». Nichtsdestotrotz ist die Mehrheit der befragten Unternehmen davon überzeugt, dass mit der digitalen Transformation zur Industrie 4.0 die Wettbewerbsfähigkeit des Schweizer Werkplatzes global erhöht werden könnte. Auch wurde in den geführten Expertengesprächen von Vertretern der hiesigen Industrieunternehmen die enorme Wichtigkeit des Themas «Industrie 4.0» betont und unterstrichen, dass deren Bedeutung in Zukunft noch weiter steigen wird.

«Mit Industrie-4.0-Lösungen können Kosten gesenkt und damit der Druck aus Kostengründen zu verlagern gedämpft werden.

Industrie-4.0-Lösungen erlauben es aber auch, globale Strukturen effizienter zu organisieren», bringt es zum Beispiel Robert Rudolph, Bereichsleiter Bildung und Innovation des Verbandes der Schweizer

Maschinen-, Elektro- und Metallindustrie Swissmem, in der Studie auf den Punkt.

Die Deloitte-Studie zeigt derweil auch auf, dass die «Industrie 4.0» nicht nur Chancen, sondern sehr wohl auch Risiken mit sich bringt. So eröffne das Internet der Dinge, Dienste, Daten und Menschen auch neue Angriffsflächen für Datendiebstähle, Industriespionage und andere Hackerangriffe. Kurt Kaltenegger, Head of Technology von ABB Venture Capitals relativiert diese «neue» Gefahr allerdings.

So seien die Cyber-Risiken in der Industrie 4.0 nicht unbedingt grösser. «Neue Cyber-Sicherheit wird im selben Tempo eingeführt wie Industrie-4.0-Anwendungen», ist sich Kaltenegger sicher. Demnach würden Technologieentwicklungen Hand in Hand mit der Entwicklung von Cyber-Sicherheitssystemen gehen.

AM BEGINN EINER NEUEN ZEITRECHNUNG Ja, «Industrie 4.0» ist ein Schlagwort und wird hie und da vielleicht auch als Modebegriff verwendet.

An der Tatsache, dass man derzeit am Beginn einer

neuen industriellen Zeitrechnung steht, ändert dies jedoch nichts. Die einen mögen diese neue Zeitrechnung etwas euphorisch die «vierte industrielle Revolution» nennen, die anderen nehmen nicht gerade derart geschichtsträchtige Worte in den Mund. So oder so ist und bleibt «Industrie 4.0» für die hiesige Wirtschafts- respektive Industriebranche ein Thema von enormer strategischer

Bedeutung. Eine Bedeutung, die in den kommenden Jahren wohl kaum kleiner werden dürfte.

Denn in einem sind sich alle Experten einig: Die Potenziale, welche sich aus den Konzepten der «Industrie 4.0» bieten und ergeben, müssen in den produzierenden Unternehmen Aufmerksamkeit bekommen und bekannt gemacht werden. Denn nur so ist Fortschritt überhaupt erst möglich.

...sondern quasi «mitdenken».

Zwei Fachmessen mit Fokus «additive Fertigung» in Luzern Die Messe Luzern lanciert mit einem Kickoff-Event am 24. Juni 2015 die Additive Manufacturing Expo (AM Expo). Als internationale Fachmesse für additive Fertigung fokussiert sie sich auf den rasch wachsenden Markt der Serienproduktion. Die Swiss Medtech Expo (SMTE) bietet dem drittgrössten Medtech-Markt in Europa eine Plattform: in der Schweiz beschäftigen 1450 Unternehmen 52 000 Angestellte und erwirtschaften einen Umsatz von 14 Mrd. Vom 15. bis 16.

September 2015 präsentieren 150 Aussteller ihre Kompetenzen. Die Messe setzt ihren Fokus auf Innovation und additive Fertigung. So wird an der SMTE die Rapid.Area, die mobile Messeplattform für additive Fertigung und 3D-Druck, zu sehen sein.

Informationen unter: www.am-expo.ch und www.medtech-expo.ch.

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10 Aktuell CERN

Die Suche geht in die nächste Runde Es war eine absolute Sensation: Vor drei Jahren konnten Forscher am CERN die Existenz des Higgs-Teilchens nachweisen.

Der grosse Fund des kleinen Teilchens sorgte weltweit für Begeisterung – nicht nur in Physikerkreisen. Nach einer zweijährigen Wartungspause geht der Teilchenbeschleuniger des CERNs jetzt wieder in Betrieb. Mit mehr Power als je zuvor.

TEXT MATTHIAS MEHL FOTO CERN

Einblick in den Teilchenbeschleuniger LHC des CERN. Dieser ist nun nach zweijä

Wer über das CERN spricht, spricht in Superlativen. Hier nur drei davon: Der Teilchenbeschleuniger, der Large Hadron Collider (LHC), ist der leistungsstärkste seiner Art weltweit.

Damit er neue Erkenntnisse über die Beschaffenheit des Universums liefern kann, sind am CERN über 2500 Angestellte beschäftigt. Und: Weltweit vereint das CERN mehr als 10’000 Forscher.

Diese Zahlen zeigen, was für ein Mammutprojekt das Vorhaben des CERNs ist. Doch worum geht es bei den in Genf und Frankreich betriebenen Experimenten eigentlich? «Wir sind auf der Suche nach den elementaren Bauteilen von Materie», erklärt Dr. Hanspeter Beck, Experimentalphysiker am CERN sowie Dozent an der Uni Bern. «Wir halten Ausschau nach den kleinsten Einheiten, auf denen alles andere aufbaut – den Legosteinchen des Universums, sozusagen.»

NUR DAS LICHT IST SCHNELLER Um diese Legosteinchen zu finden, werden im Teilchenbeschleuniger LHC Bedingungen erzeugt wie sie einen winzigen Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall im Universum herrschten. Durch den Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren entstand unser Universum. Dabei wurde ein grosser Teil der Energie in Materie- und Antimaterieteilchen umgewandelt. Im LHC, der die Form eines ringförmigen Tunnels von 27 Kilometern Länge hat und in einer Tiefe von 100 Metern im Boden liegt, werden diese Bedingungen nachgestellt. Dies, indem Protonen in zwei Strahlen auf Kollisionskurs gebracht werden – mit 99,9999991 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Prallen die Protonen zusammen, zerfallen sie nicht nur in ihre Einzelteile, sondern – wie im Urknall – entstehen durch die Kollisionsenergie auch neue Teilchen; zum Beispiel neue Protonen, Antiprotonen, und weitere. Mit den Detektoren,

welche die CERN-Forscher um die Kollisionspunkte aufgebaut haben, gelingt es, die Spuren, welche diese Teilchen hinterlassen zu messen und bildlich festzuhalten. So können neue Erkenntnisse über die Kräfte im Universum gewonnen werden.

Eines dieser Teilchen, das sogenannte «Higgs-Teilchen», spielt eine elementare Rolle für das Verständnis der Physik. Doch für lange Zeit entzog es sich den Forschern. Eine schwierige Situation, denn das «Standardmodell», eine anerkannte Theorie welche die Erkenntnisse der Teilchenphysik zusammenfasst, setzt die Existenz dieses Higgs-Teilchens voraus. Ohne es geht die Theorie nicht auf. «Doch erst mit dem LHC verfügten wir über die technischen Möglichkeiten, die Existenz des Higgs-Teilchen zu beweisen und dieses fehlende Puzzlestück einzusetzen», führt Hanspeter Beck aus. Er ist seit 1997 am CERN tätig, wo er in allen Phasen des ATLAS Experiments

WIR MACHEN KEINE SUPERHELDEN AUS IHNEN, ABER LEADER MIT FORMAT.

superhelden.ch / swissmem-kaderschule.ch

mitgearbeitet hat. ATLAS ist eines der beiden Experimente, welche 2012 zur Entdeckung des Higgs-Teilchens führten. «Ein unglaublicher Moment», erinnert sich der Physiker. Die Anspannung im Vorfeld sei gigantisch gewesen, die ganze Welt schaute den Forschern des CERN damals auf die Finger.

DER NUTZEN DER FORSCHUNG Doch worin genau liegt eigentlich der Nutzen dieser und ähnlicher Entdeckungen? «Der Wert des Wissens, das am CERN generiert wird, lässt sich nicht eins zu eins in Geld ummünzen», betont Hanspeter Beck.

Das dürfe auch nicht die Motivation sein. «Grundlagenforschung muss losgelöst von kommerziellen Motiven geschehen.» Das monetäre Potenzial zeigt sich dann später. Doch es sei falsch anzunehmen, dass das CERN keine «echte» Wertschöpfung

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CERN Aktuell 11 70er Jahre am CERN und das Internet wurde auch hier erfunden – um nur zwei Beispiele zu nennen.

ähriger Wartungspause wieder in Betrieb.

generiere: «Ein nicht unbeträchtlicher Teil des Jahresbudgets von einer Milliarde Franken wird in Form von oft sehr anspruchsvollen Aufträgen an die Industrie vergeben, was zwangsläufig zu einem Austausch von Wissen, Verbesserungen von Verfahren und Innovation führt.» Zudem kämen viele junge Forscher aus dem In- und Ausland ans CERN, wo sie in einem hoch kompetitiven, internationalen, interkulturellen und auch kollaborativen Umfeld komplexe Probleme angehen und sich so wichtiges Fachwissen und Kompetenzen aneignen. Ein Grossteil wechselt dann nach ein bis drei Jahren an andere Institute oder in die Privatwirtschaft. «Das Know-how, das diese Fachleute von uns mitnehmen, steigert die Innovationskraft ganzer Branchen.

Spin-offs und Methoden der Teilchenphysik finden sich fast überall in IT, Elektronik, Nahrungsmittelindustrie, Medizintechnologie, usw.» Den ersten Touchscreen gab es schon Mitte der

DIE MASCHINEN LAUFEN WIEDER WARM Seit Februar 2013 stand der LHC still, wurde gewartet und optimiert.

Nun ist er wieder in Betrieb. Die ersten Protonen-Kollisionen erfolgen diesen Monat. Was hat sich verändert? «Die Detektoren wie auch der Beschleuniger wurden für die zweite Laufzeit verbessert», erklärt Jörg Wenninger, der für die Steuerung des LHC verantwortlich ist. In Zahlen: 18 der 1232 Dipolmagnete (zweipolige Magnete), welche im LHC die Protonen beschleunigen, wurden ausgetauscht. 10'000 elektrische Verbindungen zwischen den Magneten wurden mit Nebenanschlüssen versehen – die im Störungsfall dafür sorgen, dass die durch die Magneten fliessenden 11'000 Ampere gefahrlos «abfliessen» können. Diese und weitere Massnahmen sorgen dafür, dass der LHC neu Protonen mit einer Energie von 13 bis 14 Teraelektronenvolt aufeinanderprallen lassen kann. Zum Vergleich: Der bisheriger Rekord beträgt acht Teraelektronenvolt. Von der erhöhten Energieleistung erhoffen sich Forscher die Entstehung weiterer Teilchen. Ein Hauptaugenmerk liegt auf der Erforschung dunkler Materie, welche etwa ein Viertel des Energieinhalts des Universums ausmacht. «Dennoch wissen wir noch fast nichts darüber, ausser dass sie nichts mit der uns bekannten Materie zu tun hat.»

Damit die Protonen kollidieren können, müssen sie innerhalb des 27 Kilometer langen Rings von den 1232 Dipolmagneten abgelenkt (beschleunigt) werden. «Die Stärke dieser Dipolmagnete beeinflusst dabei direkt die erreichbare Maximalenergie», führt Friedrich Lackner vom Technology Departement des CERN aus. Und die Magnete im LHC sind etwas besonderes: sie sind supraleitend. Das bedeutet, dass sie Strom ohne Widerstand leiten können. «Dies ist wichtig, denn mit normalen Magneten könnte man die für die Protonenbeschleunigung benötigte Feldstärke von 8.33 Tesla nicht erreichen.» Zum Vergleich: Ein klassischer Hufeisenmagnet hat 0,1 Tesla.

Damit ein Magnet supraleitend wird, muss man ihn kühlen; im Falle des LHC auf minus 271,3 Grad.

«Es ist denn auch die Kühlung, die enorm wichtig ist und die einen grossen Anteil zur Stromrechnung beim LHC liefert», meint Jörg Wenninger. Und dennoch ist dies die energieeffizienteste Methode. Nun sei die Anlage nach der zweijährigen Pause wieder in Topzustand. Im Kontrollraum des CERNs wird seit längerem wieder an der Lenkung der Strahlen getüftelt. Eine Sisyphusaufgabe, denn bevor die Strahlen in den LHC gelangen, müssen sie in mehreren anderen Teilchenbeschleunigern «vorbeschleunigt» werden. Stimmt auch nur ein kritischer Parameter nicht ganz genau, geht der Strahl «verloren». Und alles muss von vorne beginnen.

40 MILLIONEN BILDER – PRO SEKUNDE Viele der Teilchen, die beim Protonenaufprall entstehen, existieren nur einen winzigen Augenblick lang, bevor sie in langlebige Teilchen zerfallen. Diese fliegen jedoch mit beinahe Lichtgeschwindigkeit vom Kollisionspunkt weg. Da müssen die Forscher im CERN sicher sein, dass die beiden Materie-Detektoren des Rings, ATLAS und CMS, die Teilchen auch wirklich festhalten. «Zu diesem Zweck schiessen die Detektoren 40 Millionen Bilder pro Sekunde», erklärt Dr. Stefan Lüders, Head of Computer Security des CERN. Er und sein Team sind zuständig für sämtliche Computer-Sicherheitsaspekte.

Bei 40 Millionen Bildern kommt einiges an Daten zusammen – etwa ein Petabyte (das sind 10 hoch 15 Bytes) – und zwar pro Sekunde. Da selbst die gewaltige CERN IT-Infrastruktur von 10'000 Servern und 90'000 Cores diese Datenmenge nicht halten kann, sorgen Algorithmen dafür, dass ein Grossteil der Bilder – diejenigen, die wenig Wahrscheinlichkeit aufweisen, neue Teilchen zu zeigen – direkt wieder verworfen werfen. Dennoch sammeln sich viele Daten an: 20 bis 30 Petabytes pro Jahr.

Smart Facts Das CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) wurde im September 1954 gegründet und hatte zum Ziel, der Forschung in Europa nach dem Zweiten Weltkrieg neuen Schwung zu verleihen. Das CERN hat seinen Sitz in Meyrin, bei Genf und wird von 21 Mitgliedstaaten getragen.

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EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

12 Future Internet

Das Internet der Dinge – wie verändert es unser Leben?

Geht es um Umwelt und Nachhaltigkeit, ist schnell die Rede von Ressourcenknappheit, Mobilität und der Nutzung alternativer Energien. Eine andere technologische Entwicklung geht in dieser Diskussion gerne vergessen, obschon sie die Gesellschaft bereits völlig umgekrempelt hat: das Internet.

Und dieses verlässt nun den Bildschirm, um jeden Aspekt unseres Lebens zu verändern.

TEXT SMP

In den vergangenen 15 Jahren hat das Internet unsere Lebensweise drastisch beeinflusst. Insbesondere die Medienbranche, der Detailhandel und der Finanzsektor wurden durch diese Technologie komplett umgestaltet. Doch das ist erst der Anfang: Das «Internet der Dinge» (IDD) wird in den kommenden zehn Jahren Landwirtschaft, Industrie, Transportwesen sowie jeden anderen wichtigen Wirtschaftssektor revolutionieren. Zu diesem Schluss kommen Experten des World Economic Forum (WEF) und des Technologieunternehmens Accenture in ihrem gemeinsam erarbeiteten Bericht «Industrial Internet of Things: Unleashing the Potential of Connected Products and Services». Und diese Entwicklung wird ihrerseits entscheidenden

Einfluss auf Umwelt und Gesellschaft haben. Aber der Reihe nach.

WAS IST DAS INTERNET DER DINGE? Heute ist das Internet selber Gegenstand unserer Aufmerksamkeit. Wir nutzen es am Heimcomputer und tragen es dank Smartphone und Tablet ständig mit uns herum. Künftig wird das Internet aber in unseren Alltag unterstützend eingebunden – weil immer mehr Alltagsgegenstände online und vernetzt sein werden.

Schritte in diese Richtung haben wir bereits unternommen: Ein gutes Beispiel sind moderne Pulsmesser, die während des Sports Daten über unseren Körper sammeln, diese auf eine Cloud laden, synchronisieren und dann unsere Leistungen auswerten. Auch die Industrie bewegt sich in diese Richtung: Unter dem Begriff «Industrie 4.0» geht es darum, industrielle Maschinen miteinander zu vernetzen. Dadurch wird – vereinfacht gesagt– nicht nur die einzelne Maschine smarter, sondern ganze Fertigungsabläufe effizienter. Hierbei spricht man auch vom «Industriellen Internet der Dinge».

Nun haben die Experten des WEF diese Entwicklung genauer beleuchtet. Zu welchen Schlüssen sind sie gelangt? Gleich vorweg: Es gibt viel Positives zu vermelden. So werde die «Zusammenarbeit von Mensch und Maschine einen bisher nie da-

gewesenen Grad an Arbeitseffizienz nach sich ziehen», heisst es im Bericht. Dadurch werden Unternehmen sowie die Gesellschaft als Ganzes effizienter und nachhaltiger. Nachhaltiger in diesem Kontext bedeutet meistens, dass Produkte mit weniger Materialien oder Energie hergestellt werden können.

Unternehmen sowie die Gesellschaft als Ganzes werden effizienter und nachhaltiger.

Möglich wird diese Optimierung im Produktionsprozess durch bessere Abstimmung zwischen einzelnen Produktionsstufen. Und da die zu erwartende «individualisierte Produktion» in Zukunft zunehmen wird, ist auch die Wahrscheinlichkeit geringer, dass Abfall und Restmengen anfallen.

ES ENDET NICHT IN DER FABRIK Darüber hinaus gebe aber noch den Aspekt, dass das Internet der Dinge auch neue Möglichkeiten für die Kreislaufwirtschaft – die Circular Economy – bietet. Damit kommt

es nicht nur während des Produktionsprozesses zum Tragen, also in der Fabrik, sondern auch dann, wenn das Produkt bereits beim Nutzer/Endverbraucher ist. Was das in der Praxis bedeutet? Zum Beispiel, dass sich der Lebenszyklus von Produkten verlängert. Durch Remanufacturing, Reparatur, Upgrading und Weiterverkauf, (z.B. Google Project Ara, ein modulares Smartphone), werden Produkte länger genutzt, weil sie erweiterbar sind und sich ändernden Bedürfnissen stetig anpassen lassen. Mit dem Ergebnis, dass im gleichen Zeitraum künftig weniger Geräte entsorgt werden müssen.

ALLES EITEL SONNENSCHEIN? Die Entwicklung hin zum Internet der Dinge wird aber nicht gänzlich reibungslos verlaufen, darin sind sich Experten einig. Denn obwohl es Umweltbelastungen verringern wird und unseren Alltag erleichtert, stellt sich bei einer zunehmenden Vernetzung auch immer die Frage nach der Datensicherheit und der Privatsphäre. Sind künftig ganze Industriezweige miteinander vernetzt, nimmt auch der potenzielle Schaden durch Cyber-Angriffe zu.

Eine Herausforderung, die Privatpersonen, Unternehmen und auch Regierungen beschäftigen wird.

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EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

14 Fokus Angewandte Forschung

In der Schweiz arbeiten Forschungsinstitutionen und Unternehmen Hand in Hand. Diese Partnerschaft ist für beide Seiten fruchtbar.

Wo Ideen greifbar werden Die Schweiz gilt als eines der innovativsten Länder der Welt.

Das kommt nicht von ungefähr.

Doch wo entstehen diese Ideen, die ganze Branchen verändern?

Ein Einblick in die Welt der Forschung und Entwicklung.

TEXT OLGA SHOSTAK

«CSEM» oder «Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique» – den meisten von uns geht kein Licht auf, wenn wir diese Begriffe hören. Dabei ist uns das «CSEM» näher als wir glauben: Das Forschungs- und Entwicklungszentrum mit Hauptsitz in Neuchâtel ist eine der Ideenfabriken und Geburtsstätten von Schweizer Qualitätsprodukten. Das «CSEM» hat sich unter

anderem auf Mikro- und Nanotechnologie, Systems Engineering sowie Photovoltaik spezialisiert und betreibt auf diesen Gebieten angewandte Forschung. Das Ziel ist es, die gewonnen Erkenntnisse sofort umzuwandeln und dadurch einen Nutzen für die Allgemeinheit zu generieren. Die angewandte Forschung setzt sich stark mit der Überprüfung der Ergebnisse auseinander. In anderen Worten: Während des gesamten Forschungs- und Entwicklungsprozesses wird geprüft, ob die Ergebnisse immer noch marktrelevant sind und werden wenn nötig der Marktveränderung angepasst.

UNVERZICHTBARE BRÜCKE Weitere wichtige Forschungszentren sind etwa die EMPA, die

Zentren Wyss in Genf und IDIAP im Wallis, die ETH oder das Paul Scherrer Institut. Solche Einrichtungen spielen eine zentrale Rolle in der Forschungslandschaft Schweiz. Sie schaffen es, eine Brücke zwischen Wissenschaft und Industrie zu schlagen. Und das ist auch nötig: Denn obwohl die Schweiz zu den Innovations-Spitzenreitern gehört, hat sie Mühe damit, ihr Wissen in Produkte umzuwandeln. Gemäss Experten würden viele wichtige wissenschaftliche Entwicklungen in den Schubladen von Universitäten verstauben. Ein Unding.

Stattdessen müsse genau dieses Potenzial genutzt und neue Produkte auf den Markt gebracht werden, um so unseren Innovationsstandort zu festigen.

KEIN RISIKO EINGEHEN So läuft es beispielsweise im Bereich der Uhren- oder Photovoltaikindustrie. Das «CSEM» entwickelt ständig neue Komponenten und Mechanismen, mit denen die Schweizer Uhren-Technologie auf einen noch höheren Stand gehoben wird. Der technische Fortschritt ist aber nicht der einzige Vorteil. Denn für KMU bedeutet er auch ganz konkret die Einsparung von Kosten. Forschungszentren übernehmen dank ihrem Know-how nicht nur das Risiko der technischen Entwicklung, sondern auch die «Time-to-Market», also die Dauer von der Produktentwicklung bis zur Platzierung des Produkts am Markt. So helfen Forschungszentren den KMU als starke Partner dabei, ihre innovativen Ideen auch wirklich umzusetzen.

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EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

16 Aktuell Lebensmittel

Wir suchen nicht unbedingt nach völlig neuen Methoden, sondern lösen anhand der bestehenden Theorien aktuelle Fragen aus der Praxis.

Wie lässt sich der landwirtschaftliche Ertrag eines Feldes verbessern und wie verhindert man Food Waste? Die Forschung sucht Antworten.

Auch die Schweizer Landwirtschaft benötigt Forschung Als relativ teurer Standort braucht die Schweiz innovative Entwicklungen für eine Optimierung von wirtschaftlichen, ökologischen und sozial nachhaltigen Produktionssystemen.

Unterstützt wird die Landwirtschaft dabei von der Forschung.

TEXT NADINE LEHTINNEN

Die Angewandte Lebensmittelwissenschaft ist im Grunde ein sehr altes Forschungsgebiet: Gerade im Bereich Anbau könnte man sagen, dass eine solche Wissenschaft sicher seit dem Mittelalter existiert. «Whiskey-Destillationen beispielsweise gab es schon im 13. Jahrhundert, die ersten Zucker-Raffinerien entstanden um 1870, und die Sterilisation von Milch durch Wärme ist seit 1880

bekannt», so Peter Spring, Leiter des Zentrums für Nahrungsmittelsysteme am Zentrum für Nahrungsmittelsysteme an der Berner Fachhochschule (BFH). Dieses widmet sich der nachhaltigen Produktion von Nahrungsmitteln, die gesund und qualitativ hochstehend sind.

Spring erklärt, warum er den Begriff Nahrungsmittel demjenigen der Lebensmittel vorzieht: «Nahrungsmittel deckt für uns alles entlang der gesamten Wertschöpfungskette ab: Von der Primärproduktion über die Herstellung und den Vertrieb bis hin zum Endprodukt im Laden sowie dem Konsum. Das ist sehr wichtig, denn Qualität beginnt schon ganz am Anfang dieser Kette.» Noch vor 50 Jahren strebte man im Bereich Produktion fast ausschliesslich die Ertragsoptimierung an, heute hingegen

besitzen soziale und ökologische Aspekte in den Forschungsprojekten denselben Stellenwert. «Angewandt bedeutet vor allem, dass die Resultate unserer Projekte direkt in der Praxis umsetzbar sind», erläutert Spring, «wir suchen nicht unbedingt nach völlig neuen Methoden, sondern lösen anhand der bestehenden Theorien aktuelle Fragen aus der Praxis.»

AKTUELLE THEMEN STEHEN IM FOKUS Die Palette des Forschungsfeldes ist extrem breit, daher sei es schwierig, einzelne Beispiele hervorzuheben.

Ein Hauptthema sei momentan sicherlich die Ressourceneffizienz: «Das heisst, wie produziert man mit weniger Ressourcen gleich viele Nahrungsmittel in gleicher Qualität.» Die Weltbevölkerung wächst stetig und

unaufhaltsam, während die nutzbaren Landflächen zur Nahrungsmittelgewinnung gleich bleiben. Ressourceneffizienz besitzt darum auch eine ökologische Komponente.

Weitere hochaktuelle Themen wie etwa «Food Waste» sind ebenfalls Gegenstand von laufenden Untersuchungen: Lebensmittel, die auf dem Weg vom Feld bis zum Teller verloren gehen oder weggeworfen werden. Im Bereich «Primärproduktion» ist unter anderem gerade die Kartoffelproduktion ein wichtiges Forschungsthema. «Die Frage, was eine gesunde Kartoffel ist, beziehungsweise wie man mit minimalem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln einen optimalen Ertrag erzielt, beschäftgt uns unter anderem», nennt Spring ein weiteres Beispiel aus der Forschungspraxis.

Innovationen für die Praxis Das BFH-Zentrum Nahrungsmittelsysteme der Berner Fachhochschule erforscht und entwickelt innovative und nachhaltige Lösungen für die Land- und Lebensmittelwirtschaft – über die ganze Wertschöpfungskette.

Unsere Kernkompetenzen? Die nachhaltige landwirtschaftliche Produktion, die Optimierung von Herstellungsverfahren, die Entwicklung neuer Produkte sowie die Forschung zu Konsumverhalten und Ernährung. Immer mit dem Blick aufs Ganze.

Unser Know-how? Die Forschungsteams des BFH-Zentrums Nahrungsmittelsysteme bestehen aus ausgewiesenen Spezialisten mit hohem Bezug zur Praxis, langjährigen Erfahrungen und einem einzigartigen Netzwerk in der Schweiz und auf internationaler Ebene.

Ihr Nutzen! Sie haben einen Ansprechpartner für Forschung und Dienstleistungen über die ganze Nahrungsmittelkette. → Infos: bfh.ch/foodsystems Kontakt: foodsystems@bfh.ch

EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

Energie Future 17

Power-to-Gas – Energie der Zukunft?

Es ist eine Tatsache: Die Schweiz muss ihren CO2-Ausstoss reduzieren. Eine neue Technologie könnte zusammen mit der bereits vorhandenen Infrastruktur einen wichtigen Teil zur «Energiestrategie 2050» beitragen.

TEXT NADINE LEHTINNEN

Die Power-to-Gas-Technologie wird seit knapp zwei Jahren immer populärer.

Weltweit gibt es aber erst eine einzige grosse Anlage: Sie steht im deutschen Wertle und wird vom Auto-Hersteller Audi betrieben. Interessant für die Zukunft sei vor allem der Einsatz im Bereich Mobilität, so Markus Friedl, Dozent für Thermodynamik im Studiengang Erneuerbare Energien und Umwelttechnik, HSR (Hochschule für Technik Rapperswil). Dies vor allem aus wirtschaftlichen Gründen. «Die Produktion von Strom und Wärme ist natürlich auch möglich, aber man büsst am Ende zu viel an Wirkung ein», erläutert Friedl, «beim Einsatz als Treibstoff bleiben noch 54 Prozent der Anfangsenergie

übrig – beim Einsatz für Strom wären es nur noch etwa ein Drittel.»

Das Verfahren von Power-to-Gas ist ein Prozess in zwei Stufen: Mittels Elektrolyse wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Diesem Gemisch wird in einem Reaktor CO2 beigefügt, wodurch Methan (CH4) entsteht. Die chemische Zusammensetzung ist dieselbe wie diejenige von Biogas, welches durch Vergären von Biomasse entsteht. Das CO2 kann aus verschiedenen Quellen stammen, erklärt Friedl: «Rund

ein Viertel des Schweizer CO2-Ausstosses stammt aus Zementwerken und Kehrichtverbrennungsanlagen.

Dieses CO2 könnte für die Methanisierung genutzt werden.» Dies will die HSR mit der ersten Power-to-Methan-Anlage der Schweiz in Rapperswil demonstrieren, wofür ein Prototyp aus Deutschland ausgeliehen wurde.

LANGE SPEICHERZEIT Eine andere mögliche CO2-Quelle ist die Erdatmosphäre: Die Technologie dazu existiert bereits, allerdings ist

der Aufwand etwas grösser als bei der Gewinnung aus Kunststoffabfällen. «Dafür handelt es aber mit Sicherheit um erneuerbares CO2, wie dies auch bei der Gewinnung von Erdgas aus Biomasse der Fall ist.» Gegenüber anderen nachhaltigen Technologien wie Photovoltaik oder Wasserkraftwerken hat Power-to-Gas den Vorteil, dass die Energie über einen viel längeren Zeitraum hinweg gespeichert werden kann. Auch die Infrastruktur mit rund 150 Erdgas-Tankstellen sowie Fahrzeugen in der Schweiz bereits existiert,

und das Strom- und Erdgasnetz müssen nicht erst gebaut werden. Wie steht es aber mit dem Bau von Power-to-Gas-Anlagen? «Noch ist es nicht wirtschaftlich, aber wir sind nicht mehr weit davon entfernt», so Friedl. Entscheidend wird vor allem sein, welche politischen Rahmenbedingungen im Zuge der «Energiestrategie 2050» gesetzt werden.

Noch steht beispielsweise der Beschluss aus, ob die Nutzung der Stromnetze für die Betreiber von Power-to-Methan-Anlagen gebührenfrei sein wird.

Energie zu speichern ist schwierig. Power-to-Gas ist hierfür ein interessanter Lösungsansatz.

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EINE THEMENZEITUNG VON SMART MEDIA

18 Chancen Oberflächen

Clevere Werkstoffe entwickeln Wer Begriffe wie «Werkstoff» oder «Oberfläche» hört, denkt sich nicht viel dabei – man denkt allenfalls an Materialen, aus denen Produkte hergestellt werden. Die Empa erforscht und entwickelt aber Materialien – oft in Zusammenarbeit mit der Industrie –, die noch weit mehr können. Unter anderem Schweizer Firmen einen Innovationsvorsprung im globalen Wettbewerb zu sichern.

TEXT SMP

Sie gehören zu den wichtigsten Forschungsfeldern überhaupt: die Materialwissenschaften. Warum?

Weil Werkstoffe für den technischen Fortschritt eine Schlüsselrolle spielen. Doch worum geht es dabei konkret? Ein Blick in die Empa, das Forschungsinstitut für Materialwissenschaften und Technologie des ETH-Bereichs, gibt Aufschluss. Die Materialwissenschaften verbinden interdisziplinär die Natur- mit den Ingenieurwissenschaften. Ziel sind neue Materialien, die ganz spezifische Eigenheiten aufweisen, damit sie zum Beispiel in der Energietechnik, der Aviatik, im Gebäudeund Textilbereich sowie diversen anderen Einsatzgebieten genutzt werden können. In diesem Kontext sieht sich die Empa als einzigartiges Interface zwischen Forschung und

Industrie, mit einem speziellen Augenmerk auf der Werkstofftechnologie.

BREITE FORSCHUNGSBASIS Der Empa-Forschungsschwerpunkt «Nanostrukturierte Materialien» wird von Dr. Pierangelo Gröning geleitet. Verschiedene Abteilungen erforschen diverse neue Materialien. Zum Beispiel das Labor für «Dünnschichten und Photovoltaik», das unter anderem hocheffiziente Dünnschichtsolarzellen und innovative Materialien für neuartige Batterien entwickelt. Der Zweck dieser Forschung: Es sollen neue Konzepte erarbeitet werden, die zur Verbesserung der Performance von Solarzellen beziehungsweise Batterien führen. Des Weiteren geht es um die Vereinfachung der Produktionsprozesse sowie die Verbesserung der Zellenstruktur für Solarzellen der nächsten Generation – mit höherer Effizienz bei geringeren Kosten für Anwendungen in den verschiedensten Bereichen. Ein anderes Labor, die Abteilung «Funktionspolymere» erforscht und entwickelt neuartige organische Materialien und Polymere mit einzigartigen Eigenschaften für den Einsatz in Photovoltaik, Photonik und Sensorik.

Mehr Informationen zu den Tätigkeiten der Empa sind unter www.empa.ch zu finden.

Die Empa ist ein Paradebeispiel dafür, wie hiesige Forschungsinstitutionen und Industriepartner gemeinsam Innovationen vorantreiben – die Empa schlägt quasi die Brücke zwischen Industrie und Forschung. Eine reibungslose, effiziente Zusammenarbeit mit Unternehmen wie Oerlikon Balzers oder Oerlikon Metco ist daher für die Umsetzung neuer Ideen in marktfähige Innovationen absolut essenziell. Oerlikon Balzers etwa – mit der die Empa zurzeit das «Coatings Competence Center» auf dem Empa-Areal in Dübendorf aufbaut – ist Anbieter von PVD-Beschichtungen, die die

Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Präzisionsbauteilen sowie von Werkzeugen für die Metall- und Kunststoffverarbeitung verbessern.

Oerlikon Metco wiederum veredelt Oberflächen mit Oberflächentechnologien, Beschichtungsanlagen, -werkstoffen und -services. Oberflächentechnologien wie thermisches Spritzen (siehe dazu auch den Artikel auf Seite 4), Dünnschichttechnik, Plasmawärmebehandlung und Laserauftragsschweissen sowie Bearbeitungsservices und Komponenten, verbessern die Leistung und erhöhen die Effizienz und Zuverlässigkeit von Bauteilen und Produkten.

Um die Beschaffenheit von Oberflächen und Material zu verändern, sind Veränderungen auf kleinster Ebene nötig.

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