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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

Heimkehr der Biotech-Violine
Walter Fischli, Stiftungsratspräsident der gleichnamigen Stiftung in Allschwil (BL), überreichte der Empa kürzlich die Mycowood-Geige «Caspar Hauser II». Die Stiftung unterstützt ein langjähriges Forschungsprojekt an der Empa, bei dem Biotech-Geigen entwickelt werden: Mit Hilfe eines Weissfäule-Pilzes ist es dem Team um Pilzforscher Francis Schwarze gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem Pilze die Holzzellen gezielt abbauen – und dabei die akustischen Eigenschaften des Klangholzes verändern. Auf diese Weise wurde in den Empa-Labors das sogenannte Mycowood hergestellt, das der «Caspar Hauser II» ihren Körper gab. Das Instrument ist eine exakte Kopie einer Guarneri-Meistergeige aus dem Jahr 1724. Erste vergleichende akustische Analysen vom Original und seiner Biotech-Kopie sind bereits erfolgversprechend verlaufen. Nun gelangte das Mycowood-Instrument wieder zurück an seinen «Geburtsort». Doch nur für kurze Zeit: Damit die «Caspar Hauser II» zu ihrem aussergewöhnlichen Körper auch eine einzigartige Seele entwickeln kann, soll das Instrument durch regelmässiges Spielen in den kommenden Jahren seinen Klang entfalten dürfen. Zur Feier der Übergabe spielte die virtuose Geigerin Irina Pak vom Tonhalle-Orchester Zürich auf der «Caspar Hauser II». Die Violinistin entlockte der neuen Geige dabei zeitgenössische Klänge sowie Barockmelodien aus der Bauzeit der Originalgeige.

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Supercomputer stärkt Klimamodelle
Die Schweizer «Platform for Advanced Scientific Computing» finanziert seit Juli ein dreijähriges Projekt unter Leitung von Empa-Forscher Dominik Brunner – zu einer grossen Herausforderung für Rechenmodelle, nämlich dem Klima. Atmosphärische Prozesse mit ihren Wechselwirkungen und Folgen für Erderwärmung oder Luftverschmutzung bringen herkömmliche Rechner längst an ihre Grenzen – und leistungsfähigere Architekturen ins Spiel. GPUs («Graphic Processing Units») mit vielen Prozessoren rechnen massiv parallel, doch sie erfordern eine andere Programmierung. Mit dem Projekt HAMAM will das Team zwei besonders rechenintensive Erweiterungen des Wetter- und Klimamodells ICON für GPUs fit machen: die Module ART für Simulationen von Luftqualität und HAM für die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Klima. Diese Modelle werden auf dem Supercomputer «Piz Daint» am «Swiss National Supercomputing Center» in Lugano implementiert und getestet. 
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Spin-off auf Erfolgskurs
In wenigen Jahren auf gutem Kurs: IRsweep wurde 2014 gegründet – als Spin-off von Empa und ETH Zürich. Im Mai übernahm Sensirion, Hersteller von digitalen Mikrosensoren und -systemen, das junge Unternehmen mit seinen elf Mitarbeitenden. Seine Laborspektrometer mit Frequenzkamm-Technologie im mittleren Infrarotbereich dienen in Forschung und Entwicklung dazu, schnelle chemische Reaktionen in kürzester Zeit zu erfassen. IRsweep-Geräte sind bereits in Europa, Nordamerika und Asien im Einsatz. Auf lange Sicht sollen mit dieser Technologie kostengünstige Sensoren entstehen, die beispielsweise Spuren von Gasen in der Umwelt erfassen.
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Insights

Verklebte Kunst

Historische Kulturgüter aus Holz für die Nachwelt zu erhalten, ist alles andere als trivial. Die Brandmalerei aus dem 19. Jahrhundert auf einer dünnen Lindenholztafel hier im Bild ist komplett auseinandergebrochen. Das Miniaturbild oben links zeigt denn auch lediglich eine Hälfte des Artefakts. Forschende der Empa und der Hochschule der Künste Bern haben nun einen Zellulose-Kleber entwickelt, der das Lindenholz stabil und gleichzeitig schonend zusammenfügt. Denn der Holz-basierte Kleber beschädigt das Kunstwerk nicht und trotzt dennoch den oft harschen Umgebungsbedingungen der Kulturgüter in alten Schlössern oder feuchten Kirchengewölben. Fotos: Karolina Soppa, HKB 
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Editorial

«Querdenken» – aber ganz anders

Wer sein Material kennt, kann daraus die erstaunlichsten Sachen machen: aus Zellulose einen Klebstoff, um alte Kunstwerke zu restaurieren, aus Metalloxiden eine Krebsbehandlung mit weniger Nebenwirkungen oder aus ultradünnen Schichten eine günstige Wärmebildkamera.

Clevere Ideen, entstanden in einem der rund 30 Empa-Labors, die eines gemein haben: Ihre ErfinderInnen haben über den Tellerrand ihres Fachbereichs hinausgedacht, sich mit KollegInnen aus anderen Disziplinen quervernetzt. Kurzum: Sie haben «quergedacht» – im positivsten Sinne. Denn nur so entsteht Neues, also das, was eine echte Innovation im (Wort-)Kern ausmacht.

Auch wenn wir «nur» bauen, versuchen wir, daraus Erkenntnisse für neuartige Lösungsansätze zu gewinnen. So etwa durch ein Hochtemperatur-Erdsondenfeld als nachhaltiger Wärmespeicher für den Winter, das wir derzeit unter unserem neuen Laborgebäude in rund 100 Meter Tiefe anlegen oder in der neuen NEST-Unit Sprint, die vollständig aus gebrauchten Materialien entstand.

So viel Kreativität braucht oft Zeit, sprich Geld. Daher haben wir uns entschieden, vermehrt auf private Geldgeber zuzugehen. Darüber, wie wir die eingeworbenen Mittel einsetzen, werden wir regelmässig berichten; den Anfang macht ein Artikel über ein Verfahren, Beton deutlich umweltschonender zu machen. 

Michael Hagmann, Leiter Kommunikation

Umweltbelastung mit PCB

Giftquelle im Idyll

Im Flüsschen Spöl, ganz im Süden von Graubünden, liegen Sedimente, die mit PCB belastet sind. Die Chemikalie stammt aus dem 50 Jahre alten Korrosionsschutzanstrich eines Wasserkraftwerks; sie fliesst mit dem Wasser des Spöl bergab – bis ins Schwarze Meer. Nun muss das Flüsschen saniert werden. Umstritten ist, wie weit dies geschehen muss und wer dafür zahlt. Analysen der Empa spielen dabei eine zentrale Rolle: Sie zeigen, wieviel PCB an welchen Stellen des Spöl verborgen ist.
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Energiespeicher

Wärmedepot im Erdreich

An der Empa in Dübendorf entsteht der zukunftsorientierte Forschungscampus «co-operate» – ein Gebäudekomplex, in dem wegweisende Forschung betrieben wird und der zugleich selber Objekt der Forschung ist. 
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Infratrot-Technik

Die Welt mit anderen Augen sehen

Kurzwelliges Infrarotlicht (SWIR) ist für vieles nützlich: Es hilft, beschädigte Früchte auszusortieren, bei der Temperaturüberwachung und der Kontrolle von Siliziumchips, und es ermöglicht Nachtsichtgeräte mit scharfen Bildern. Doch SWIR-Kameras basieren bislang auf teurer Elektronik. Forscher der Empa, der EPFL, der ETH Zürich und der Universität Siena haben nun einen SWIR-Bildschirm entwickelt, der aus nur acht Schichten auf einer Glasoberfläche besteht. Das könnte Infrarot-Kameras zu nützlichen Alltagsgegenständen machen.

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Strahlentherapie

Nanopartikel für eine sanftere Tumorbehandlung

Die Strahlentherapie ist einer der Eckpfeiler der Krebsbehandlung. Einige Tumorarten sprechen jedoch wenig bis kaum auf eine Bestrahlung an. Gelänge es, Tumorzellen empfindlicher zu machen, wäre die Behandlung wirksamer und sanfter. Empa-Forschenden ist es nun gelungen, Metalloxid-Nanopartikel als «Radiosensitizer» einzusetzen – und diese auch gleich im industriellen Massstab herzustellen.
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Portrait Rolf Erni

Mit Blick fürs Kleinste

Als Leiter des Zentrums für Elektronenmikroskopie bringt Rolf Erni viele Aufgaben unter einen Hut: Industrieaufträge, Nachwuchsförderung, Lehre, Hilfe für Forschende anderer Empa-Abteilungen. Und faszinierende Grundlagenforschung, für die er nun als «Distinguished Senior Researcher» der Empa ausgezeichnet wird.
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Neue NEST-Unit HiLo eröffnet

Die Leichtigkeit des Bauens

Es besticht durch ein filigranes, geschwungenes Betondach und eine selbstlernende Gebäudetechnik: das neueste Bauwerk im Forschungsgebäude NEST der Empa und Eawag in Dübendorf. Die innovative Einheit, die vollgepackt ist mit ETH-Forschung, ist nun offiziell eröffnet.
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Materialkreislauf

Abbruch, Aufbruch, Durchbruch

Die neue NEST-Unit Sprint setzt Massstäbe für kreislaufgerechtes Bauen: In nur zehn Monaten wurden flexible, COVID-19-konforme Büroräume aus grösstenteils wiederverwendeten Materialien und Komponenten fertiggestellt. Sprint zeigt: Der «Vorrat» an wiederverwendbaren Materialien sowie das Re-Use-Potential in der Industrie sind enorm – man muss es nur nutzen.
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Klimafreundlich bauen

Flasche leer - Fenster dicht

Dämmstege sind in Alu-Fensterprofilen und Fassaden für eine gute Wärmedämmung unerlässlich. Empa-Forschende und ihre Partner arbeiten seit längerem an einem neuartigen «Sandwich»-Produkt mit einer umweltfreundlichen Füllung: Recyclingmaterial aus PET-Flaschen. Nun steht die Markteinführung an – mit guter Aussicht auf Erfolg.
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Empa Zukunftsfonds

Klimaschutz mit smartem Beton

Wissenschaftler sind Visionäre. Bisweilen reichen ihre Ideen weiter, als ein Industriepartner zu gehen bereit ist. Durch den Empa Zukunftsfonds sollen gerade solch visionäre Projekte gefördert werden, bei denen trotz hohem Risiko – oder gerade deswegen – durchschlagende Erfolge zu erwarten sind. Neustes Beispiel ist ein Forschungsprojekt zu vorgespanntem Hochleistungsbeton, das durch Förderung der Ernst Göhner-Stiftung nun umgesetzt werden kann.
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Unterwegs

SGES mit Empa Expertise 
«Nachhaltigkeit braucht geniale Köpfe»: Unter diesem Motto fand vom 1. bis 3. September in Winterthur das «Swiss Green Economy Symposium» statt – mit Fachleuten aus Wirtschaft, Forschung und Politik. Die Perspektive der Empa brachte Direktor Gian-Luca Bona bei einer Veranstaltung zur nachhaltigen Energieerzeugung und Beschaffung von mineralischen Ressourcen ein. In seinem «Changemaker Impulse»-Referat skizzierte er den Bedarf an mehr und anderen Materialien für die Produktion erneuerbarer Energie – mitsamt der Notwendigkeit, Energie umweltfreundlich zu ernten, zu speichern und für eine nachhaltige Entwicklung unserer Gesellschaft zu nutzen. Was Empa-Forschende dazu beitragen, erfuhr das Publikum anhand konkreter Beispiele wie gedruckter, biologisch-abbaubarer Batterien. An der anschliessenden Diskussion beteiligten sich Anna Krutikov, Nachhaltigkeitsverantwortliche von Glencore, Christoph Wiedmer, Co-Geschäftsleiter der Gesellschaft für bedrohte Völker Schweiz, und Monica Rubiolo, Leiterin Handelsförderung beim Staatssekretariat für Wirtschaft (SECO).
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Winziger Erdball aus Keramik
An der «Swiss NanoConvention» im Juni wurden nicht nur Poster und ein Start-up-Unternehmen ausgezeichnet, sondern auch Bilder: eine Hommage an gelungene Präsentationen über Nanoforschung. Den zweiten Platz vergab die Jury an Empa-Forscherin Evgeniia Gilshtein – für eine farbige Kugel mit einem Durchmesser von nur einem Zehntelmillimeter. Die unregelmässige Kornstruktur entstand durch ein Glühverfahren mit Blitzlampen, das nur etwa zwei Millisekunden dauert. Ursprünglich bestand die Kugel aus mikrometergrossen Aluminiumoxid-Teilchen und nanometergrossen Eisenoxidteilchen, vermischt in Wasser. Das Ergebnis inspirierte Gilshtein dazu, sie mit Bildbearbeitung in unseren Planeten zu verwandeln – passend zum Jahr 2021, das die UN zum «Internationalen Jahr des Friedens und des Vertrauens» erklärt hat. 
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Wasserstoff tanken - an der Olma
Wie sieht die Tankstelle der Zukunft aus? Mit steigendem Ausbau der Photovoltaik-Anlagen wird in Sommern ein Überschuss an erneuerbarer Energie entstehen, die sich in Wasserstoff umwandeln lässt – ein Treibstoff, der insbesondere für schwere Fahrzeuge wie Lastwagen geeignet ist. Wie sich Wasserstoff gewinnen und tanken lässt, zeigt die Empa mit Partnern an einem Stand an der OLMA in St. Gallen vom 7. bis 17. Oktober. Neben wissenswerten Informationen zu nachhaltigen Treibstoffen und Antworten auf Fragen bekommen die Besucherinnen und Besucher auch Gelegenheit, selbst Hand anlegen – mit einem Tanksimulator und dem «Wasserstoff-Auto» Hyundai NEXO Fuel Cell. Zudem wird ein E-Bike der Firma Linde ausgestellt, das mit H2 betrieben wird.
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