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Empa
CH-8600 DübendorfÜberlandstrasse 129
Telefon +41 44 823 55 11Telefax +41 44 821 62 44
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www.empa.ch
Jahresberichticht2008
4VorwortDie Empa als Netzwerkerin
6Forschungsprogramme
8 Nanotechnologie10Adaptive Werkstoffsysteme12Natürliche Ressourcenund Schadstoffe14Materialien für Energietechnologien16Materialien für Gesundheitund Leistungsfähigkeit
Der wissenschaftlich-technische Bericht
«Empa Activities 2008/2009» (in Englisch),
weitere Jahresberichte sowie Informations-
material sind direkt erhältlich bei:
Empa
Abteilung Kommunikation
Überlandstrasse 129
CH-8600 Dübendorf
redaktion@empa.ch
Inhalt
18Ausgewählte Projekte
20«Intelligente» Eisenlegierungenmit Formgedächtnis22«Nanodrähte» aus Farbstoffmolekülenwerden zu Gassensoren24Wenn der Körper Implantate «schluckt»26Der «Fussabdruck» des Güterverkehrs28Pilze «zaubern» Stradivari-Klänge30Nanopartikel in der Umwelt –eine Spurensuche32Impfstoff aus dem Bioreaktor34Nachhaltig über den «digitalen Graben»36Mit Sonnenlicht und PET-Flaschengegen Krankheitskeime38Metallhydride als «Wasserstoff-Tank»40hy.muve – mit Wasserstoffantriebauf die Strasse42Luftmessstation für die Troposphäre44Chemische Prozesse im Diesel-Partikelfilter
58Zahlen & Fakten
60Wissenschaftlicher Output60Wissensvermittlung /Technologietransfer61Personelles63Finanzielles64Bau / Betrieb65Organe der Empa66Organigramm
46Empa Inside
48International PhD SchoolSwitzerland – Poland49Marketing50Technologietransfer52Technologiezentren54Wissenschaft im Dialog56Empa-Akademie
Vorwort
Von links nach rechts: Peter Hofer, Gian-Luca Bona, Louis Schlapbach
Prof. Dr. Louis SchlapbachDirektor bis 31. März 2009
Dr. Peter HoferDirektor a.i.
Dr. Gian-Luca BonaDirektor ab September 2009
Das Jahr 2008 stand bei der Empa im Zeichen des
«institutionellen Netzwerkens» – der vermehr-
ten Zusammenarbeit mit wesentlichen Akteu-
ren aus Forschung und Industrie.
So konnte die Empa gemeinsam mit der ETH Zürich eine
Professur «Bauphysik/Technologie» einrichten, kombi-
niert mit der Leitung einer Empa-Forschungsabteilung.
Durch Kooperationsvereinbarungen mit den Universitä-
ten Zürich, Bern und Fribourg – neben der bereits beste-
henden mit der Universität Basel – erfolgte eine weitere
Vernetzung innerhalb der Schweizer Hochschulland-
schaft.
Ein weiteres Beispiel für die Netzwerk-Aktivitäten ist das
nationale Forschungsvorhaben «Wood Fibre 2020», das
eine nachhaltige Nutzung von Holz als Energie-, Kon-
struktions- und Chemierohstoff zum Ziel hat. Auf Initia-
tive der Empa nimmt das Konsortium, an dem sämtliche
Schweizer Forschungsinstitutionen im Bereich Holz be-
teiligt sind, Gestalt an: In Vorbereitung sind Professuren
an der Universität Basel und an der ETH Zürich. Ausser-
dem hat das Projektteam unter Leitung der Empa und in
enger Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Biel
beim Nationalfonds ein Gesuch für ein neues «Nationa-
les Forschungsprogramm» eingereicht.
Auf dem Gebiet des Wissens- und Technologietransfers
(WTT), sprich der Umsetzung von Forschungsergebnis-
sen in marktfähige Innovationen, hat die Empa im ver-
gangenen Jahr wesentliche Schritte in Richtung eines
Die Empa als Netzwerkerin
Innovationsparks am Standort Dübendorf gemacht: Im
September wurde das Technologiezentrum glaTec eröff-
net, das die Ansiedlung von Spin-offs und Start-ups för-
dern soll. Es wird dabei von der Zürcher Kantonalbank,
der Standortförderung des Kantons Zürich, den Städten
Zürich und Dübendorf sowie der Vereinigung glow.das
Glattal unterstützt. Am Standort St. Gallen unterhält die
Empa bereits seit 1996 erfolgreich das Technologiezen-
trum tebo.
Aber auch die Portal-Aktivitäten der Empa stossen auf re-
ges Interesse seitens der Industriepartner, die ein echtes
Bedürfnis nach einfachen, professionellen Kooperations-
modellen mit Forschungsinstitutionen wie der Empa ha-
ben – sei es durch gemeinsame Projekte, durch «Anten-
nen», also durch von der Industrie finanzierte Forschungs-
gruppen, die direkt auf dem Empa-Areal angesiedelt sind,
oder durch gemeinsam finanzierte Forschungseinheiten,
so genannte Public-Private Partnerships (PPP).
Diese Brückenfunktion zur Industrie, und ebenso zu an-
deren Forschungsinstitutionen, wird weiterhin einer der
Schwerpunkte der Empa bleiben. Im September über-
nimmt der Physiker Gian-Luca Bona die Leitung der
Empa, nachdem Louis Schlapbach Ende März 2009 den
Stab ad interim an Peter Hofer übergeben hat. Die Empa
setzt auch in Zukunft auf Kontinuität: Sie generiert neu-
es Wissen auf dem Gebiet der nachhaltigen Material-
technologie und setzt dieses konsequent und wirt-
schaftsfördernd um.
Forschungsprogramme
Nanotechnologie
Umfassende Kompetenzen für die Nanotechnologie
Das Forschungsprogramm erarbeitet Wissen im Bereich Nanowissenschaftenund Nanotechnologie, ohne dabei gesellschafts- und umweltrelevante Aspekteausser Acht zu lassen. Es profitiert davon, dass an der Empa verschiedeneWissenschafts- und Ingenieurdisziplinen unter einem Dach vereint sind.Um ihre Ziele zu erreichen, konzentriert sich die Empa auf anwendungsrelevanteForschung und Entwicklung, auch «use-inspired research» genannt.
Analytik zur Materialcharakterisierungim NanometermassstabIm Jahr 2008 eröffnete die Empa ein Elektro-
nenmikroskopie-Servicezentrum – eines von
mehreren so genannten «User-Labs» – und
rüstete es mit einem modernen Transmissi-
onselektronenmikroskop (TEM) aus. Ausser-
dem stellt das «Scanning Probe Microscopy
User Laboratory» (SUL) internen wie exter-
nen Anwendern verschiedene Rasterkraftmi-
kroskope zur Verfügung. Seine Kunden nut-
zen dabei die exzellente Infrastruktur der
Empa wie auch die hohe Expertise der For-
schenden. Die Empa entwickelt – häufig zu-
sammen mit Industriepartnern – neue Analy-
tikgeräte, etwa ein Rasterkraftmikroskop
(AFM, engl. atomic force microscope), das in
das weltweit schon tausendmal verkaufte
Physical Property Measurement System
passt. Das AFM – demnächst von einer
Schweizer Firma vermarktet – ermöglicht
Messungen bei Temperaturen zwischen zwei
und 400 Kelvin und in Magnetfeldern bis zu
neun Tesla. Abgerundet werden die Kompe-
tenzen der Empa in der Nanoskala-Messtech-
nologie durch eine Theoriegruppe, die mit
Hilfe eines leistungsfähigen Computerclus-
ters Modellrechnungen durchführt. Ziel ist
die dadurch beschleunigte Entwicklung
massgeschneiderter Materialien.
Mit Hilfe einer Computer-simulation lässt sichberechnen, wo sich einMolekül auf einerOberfläche am liebstenniederlässt. DieseInformation ist hilfreich,um neue Nanostrukturenzu entwerfen und Nano-bauteile zu konstruieren.
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Kontakt
Prof. Dr. Hans Josef Hughans-josef.hug@empa.ch
Risikoanalyse in SachenNanotechnologieParallel zu ihrem Engagement in der Ent-
wicklung von innovativen Materialien mit
durch Nanotechnologie verbesserten Eigen-
schaften erforscht die Empa gleichfalls die Ri-
siken, die von der Nanotechnologie ausge-
hen könnten. Im Fokus stehen vor allem
langlebige Nanopartikel, insbesondere ihre
Auswirkungen auf menschliche oder tieri-
sche Zellen sowie auf Gewebe. Neben den to-
xikologischen Fragen interessieren auch das
Verhalten der Nanopartikel in der Umwelt so-
wie die gesellschaftlichen Aspekte der Nano-
technologie.
einzelnen Atomen oder Molekülen aufzu-
bauen, molekulares Lego sozusagen. Voraus-
setzung für das gezielte Manipulieren einzel-
ner Atome oder Moleküle ist die Rastersen-
sormethode; allerdings lassen sich damit nur
Prototypen herstellen, für die Produktion
grösserer Mengen müssten andere Technolo-
gien, zum Beispiel Prozesse der genannten
Selbstorganisation, entwickelt werden.
Von Materialien zu Komponentenund GerätenDie Empa stellt nicht nur Materialien mit ver-
besserten Eigenschaften her, sie entwickelt
auch bekannte Fabrikationsmethoden weiter,
um damit neue Anwendungsgebiete zu er-
schliessen. Etwa einen Plasmareaktor zur Be-
schichtung von Textilien. Mit der Plasma-
technologie, bislang eingesetzt zur Herstel-
lung von Hartstoffschichten auf Werkzeugen
oder magnetischen Schichten für Sensoren
oder Harddisks, lassen sich nun auch textile
Fasern mit speziellen optischen, elektrischen
oder auch antibakteriellen Eigenschaften
ausrüsten.
Ein weiteres Produkt aus den Empa-Labors,
das seine besondere Funktion nanoskaligen
Materialien verdankt, ist ein keramischer
Wasserfilter. Dieser filtert neben Bakterien
auch die viel kleineren Viren heraus. Dazu
werden in Flammsynthese hergestellte kera-
mische Nanopartikel auf die Oberfläche kon-
ventioneller Bakterienfilter aufgebracht. Die
Viren lagern sich durch elektrostatische
Wechselwirkungen an die keramischen Na-
nopartikel an und werden so aus dem Wasser
herausgefiltert.
Nanoskalige Effekte machen bessereMaterialien möglich Ein erfolgreiches Beispiel für den Einsatz
neuer Materialien sind diamantartige Koh-
lenstoffschichten (DLC, engl. diamond-like
carbon) auf Implantaten. Durch eine nur we-
nige Atome «dicke» Zwischenschicht konn-
ten Empa-Forscher die Haftung und Korrosi-
onsbeständigkeit der DLC-Schicht in physio-
logischer Umgebung wesentlich verbessern,
was die Lebensdauer des Implantats erhöht.
Neben solchen anwendungsnahen Projekten
befassen sich Empas WissenschaftlerInnen
auch mit grundlegenden Phänomenen wie
die molekulare Selbstorganisation, bei der
sich Moleküle auf speziell präparierten Ober-
flächen wie «von selbst» zu bestimmten
zweidimensionalen Mustern anordnen. Da-
durch könnte es in Zukunft möglich werden,
Materialien mit einer definierten Struktur aus
Luxus pur: Gold- und silberbeschichtete Krawattenmit textiler Haptik und seidenem «Touch».Auch das macht Nanotechnologie möglich.
Modellrechnungenmit Nanomaterialienwerden an einemleistungsfähigemComputerclusterdurchgeführt.
Adaptive Werkstoffsysteme
Novum: Formgedächtnislegierungenauf der Basis von EisenFormgedächtnislegierungen, so genannte Sha-
pe Memory Alloys (SMA), werden in diversen
Fachgebieten bereits eingesetzt, so etwa in
Ventilen, die sich bei gewissen Temperaturen
öffnen respektive schliessen. Sie basieren in
der Regel auf Nickel-Titan-Legierungen, sind
also sehr teuer. In der Bau- und Maschinenin-
dustrie ist dadurch eine Verwendung im gros-
sen Massstab praktisch ausgeschlossen. Aus-
ser den etablierten Nickel-Titan-Systemen gibt
es aber auch andere, die Formgedächtnisei-
genschaften besitzen. Die Empa testete und
optimierte in einem dreijährigen Projekt neu-
artige Legierungen auf Eisen-Mangan-
Silizium-Basis. Für den Einsatz in Zement
oder anderen temperaturempfindlichen Ma-
trixmaterialien mussten sie so «designt» wer-
den, dass sie sich bereits bei Temperaturen um
120 Grad Celsius an ihre ursprüngliche Form
«erinnern» und diese wieder annehmen – ein
wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu güns-
tigeren Formgedächtnislegierungen für An-
wendungen im Industriemassstab (siehe Seite
20/21).
Variable Festigkeit und DämpfungNeben der Entwicklung neuartiger Materia-
lien wie SMA oder elektroaktive Polymere,
die thermische beziehungsweise elektrische
Energie direkt in mechanische Arbeit um-
wandeln und sich so als Aktuatoren einset-
zen lassen, arbeitet die Empa auch an der An-
passung der mechanischen Eigenschaften
der (starren) Hauptstruktur, um diese eben-
falls «smart» zu machen. 2008 wurde das
vierjährige Tucan-Projekt (Tunable Cantile-
ver) abgeschlossen, das die Entwicklung
struktureller Elemente mit einstellbarer Bieg-
festigkeit und Dämpfung zum Ziel hatte. Nun
gilt es, die darin gewonnenen Erkenntnisse
an einer Leichtbau-Fussgängerbrücke im La-
bor im Massstab 1:1 umzusetzen.
Auf dem Weg zu nachgiebigen Strukturenmit «Gedächtnis»
Adaptive Werkstoffsysteme erlauben Formänderung, Schwingungsunterdrückungund Schadensüberwachung von Strukturen und erweitern so deren möglicheEinsatzbereiche. Adaptive mechanische Systeme bestehen typischerweise auseiner Grundstruktur sowie aus Sensoren und Aktuatoren. Diese drei Komponentenwerden mit einem Regelkreis und einer Energiequelle verbunden. Empa-Forscherinnen und -Forscher arbeiten an neuartigen Aktuatorwerkstoffen wieauch an Strukturen und Regelkreisen; die enge Zusammenarbeit zwischenIngenieuren und Wissenschaftlern ist dabei die ideale Voraussetzung für praxis-nahe Entwicklungen.
Auch bei Stählen auf Eisenbasis lassen sich Formgedächtniseffekteerzielen. Im Bild eine von der Empa entwickelte Legierung,wie sie im Bauwesen eingesetzt werden soll.
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Empa spannt mit der ETH ZürichzusammenWerden in adaptiven Strukturen an Stelle
von Gelenken und Scharnieren nachgiebige
(auf engl. compliant) Elemente integriert,
lassen sich Gewicht und Herstellungskosten
einsparen. Im Rahmen einer Initiative der
Empa und der ETH Zürich mit dem Namen
«kompliant.ch» werden derartige innovative
Produkte entwickelt. 2008 war kompliant.ch
im Venture-Kick-Wettbewerb mit einem
«kompliant»-Bett erfolgreich, das 2009 in
der Endrunde des Wettbewerbs antreten
wird. Es verhindert bei bettlägerigen Perso-
nen die Bildung von Druckgeschwüren (De-
kubitus).
Die Empa beteiligt sich ausserdem am ETH-
Projekt «Smart Airfoil», bei dem formadapti-
ve Technologien an den Tragflächen von
Flugzeugen zum Einsatz kommen. Dabei
liegt die Herausforderung hauptsächlich da-
rin, einen technisch akzeptablen Kompro-
miss zwischen den sich zuwiderlaufenden
Materialeigenschaften Verformbarkeit und
Steifigkeit zu finden.
Kontakt
Prof. Dr. Edoardo Mazzaedoardo.mazza@empa.ch
Prof. Dr. Paolo Ermannipaolo.ermanni@ethz.ch
ICAST 2008: Führende Expertentagten im TessinIm Jahr 2008 war die Empa zusammen mit
der ETH Zürich auch Gastgeberin und Orga-
nisatorin der ICAST, der «19th International
Conference on Adaptive Structures and
Technologies». Diese Konferenz findet alle
drei Jahre alternierend in Nordamerika,
Europa und Asien statt. ICAST ist die älteste
und auch eine der bedeutendsten internatio-
nalen Konferenzen auf dem multidisziplinä-
ren Gebiet der adaptiven Werkstoffsysteme
und -strukturen. Der Ideenaustausch und
die Diskussionen über aktuellste Fortschrit-
te fanden im «Centro Stefano Franscini»
statt, dem internationalen Konferenzzen-
trum der ETH Zürich auf dem Monte Verità
oberhalb von Ascona. In rund 80 Vorträgen
erfuhren die 120 Teilnehmenden das Neues-
te über funktionale Materialien, intelligente
Verbundwerkstoffe, Regelungssysteme, Ge-
sundheitsüberwachung, aktive Tragflächen
und Aeroelastizität, Verformung und Vibra-
tionskontrolle.
Eine Leichtbau-Fussgänger-brücke im grössten Laborder Empa, der Bauhalle, dientbeispielsweise dem Vergleichvon adaptiven Dämpfungs-elementen, mit denen Kabel-schwingungen gemindert werden.
Nichtlineare Verformungsanalyseeines nachgiebigen Gelenks.
Natürliche Ressourcen und Schadstoffe
Mit vereinten Kräften zu neuen Lösungen
Das Programm «Natürliche Ressourcen und Schadstoffe» hat zum Ziel,sowohl den Ressourcenverbrauch als auch den Schadstoffausstossunserer Gesellschaft senken zu helfen. Dafür werden technologie- undumweltrelevante Prozesse analysiert und technische Lösungenentwickelt. Für diese anspruchsvollen Aufgaben sind Kooperationenmit akademischen Partnerinstitutionen, insbesondere auch innerhalbdes ETH-Bereichs, von zentraler Bedeutung.
Weiterentwicklung von Klima-und AtmosphärenmodellenUm die Emission von Schadstoffen in die At-
mosphäre und deren Transport zu untersu-
chen, ist eine hoch entwickelte Messtechnik
nötig, die die Messung tiefster Konzentratio-
nen mit hoher zeitlicher Auflösung ermög-
licht, sowie auch Computermodelle, die die
atmosphärischen Transportprozesse im
klein- und grossräumigen Rahmen adäquat
abbilden. Die Empa ist deshalb Gründungs-
mitglied des 2008 an der ETH Zürich etab-
lierten «Center for Climate Systems Model-
ling», an dem unter anderem existierende
Klima- und Atmosphärenmodelle weiterent-
wickelt werden sollen. Ziel der Empa-Arbeit
ist es, durch Sensitivitätsanalysen – also
durch den Vergleich von räumlich hoch auf-
gelösten Modellresultaten mit tatsächlich ge-
messenen Konzentrationen – auf die Quellen
der Luftfremdstoffe zu schliessen.
Das «Center for Climate Systems Modelling» hat unter anderem zum Ziel, die vorhandenen Klima- undAtmosphärenmodelle weiterzuentwickeln. (Foto: Eumetsat)
Der Nachweis vonaus FassadenausgewaschenemNanosilber ist sehranspruchsvoll,er geschieht mithochsensiblemPlasma-Massen-Spektrometer(ICP-MS) in einemReinraum.
Piopipüi
zur Abwärmenutzung sowie Integration
neuer Steuer- und Regelfunktionen in die
Motorsteuerung. Das hohe Drehmoment er-
möglicht zudem Arbeiten an zweistufigen
Aufladesystemen sowie an Hybridantrieben
für Nutzfahrzeuge. Dieser Motorenprüfstand
wird von der Empa als «User-Lab» dem ge-
samten ETH-Bereich und Projektpartnern
aus der Industrie zur Verfügung gestellt.
Kontakt
Dr. Peter Hoferpeter.hofer@empa.ch
Neuer Motorenprüfstand als«User-Lab» für IndustriepartnerBei Nutzfahrzeugen nahm das Drehmoment
der Dieselmotoren in den letzten Jahren stark
zu. Die Empa hat seit einiger Zeit einen Prüf-
stand für Motoren mit einem maximalen
Drehmoment von 2500 Newtonmeter. Da die-
ser keine Untersuchungen an drehmoment-
starken Motoren zulässt, wurde 2008 mit Un-
terstützung des «Kompetenzzentrums für
Energie und Mobilität» (CCEM) des ETH-Be-
reichs zusätzlich ein Stand für Motoren bis
4000 Newtonmeter Drehmoment errichtet.
Auf ihm werden Forschungs- und Entwick-
lungsprojekte durchgeführt zu sauberen und
effizienten Brennverfahren, zur Abgasnach-
behandlung, zum thermischen Management,
Nanopartikel schützen Fassadenvor PilzbefallAufgrund von Feuchtigkeit sind viele Gebäu-
defassaden von Algen und Pilzen befallen.
Farbanstriche, die Biozide enthalten, sollen
dies verhindern. Doch diese Biozide sind
meist wasserlöslich und werden daher vom
Regen ausgewaschen; als Schadstoffe gelan-
gen sie so in die Umwelt. Eine Alternative zu
den Bioziden könnte die Nanotechnologie
bieten: Nanopartikel aus Silber verhindern
aufgrund ihrer antibakteriellen Wirkung ei-
nen mikrobiellen Befall, und Nanopartikel
aus Titandioxid können dank photokataly-
tischer Prozesse Schmutz abbauen, was den
Mikroorganismen ihre Lebensgrundlage ent-
zieht. In einem gemeinsamen Projekt untersu-
chen die beiden Forschungsanstalten Eawag
und Empa den Einsatz dieser Nanopartikel im
Fassadenschutz. Bei der Empa steht der Ma-
terialaspekt im Vordergrund, bei der Eawag,
dem Institut für Wasserforschung, sind es die
Umweltauswirkungen infolge Auswaschens
der Nanopartikel (siehe Seite 30/31). Dank
dieser Zusammenarbeit kann das Problem
umfassend untersucht und eine nachhaltige
Lösung entwickelt werden.
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Neuer Prüfstand für Motoren bis 4000 Newtonmeter Drehmoment.
senmaterialien. Empa-Forscher erzeugen sie
kontrolliert und reproduzierbar mit Hilfe der
Phänomene der Phasenseparation und so
genannter flüssig-flüssig Entnetzung wäh-
rend der Filmbildung. Die viel versprechen-
de Methode besteht darin, eine Lösung des
Elektronenspenders und -empfängers derart
aufzutragen, dass während dieses Prozesses
oberflächenspezifische Entnetzungsphäno-
mene zu feinen Morphologien mit Struktu-
ren unter 100 Nanometer führen.
Integrierte Energiesystemefür GebäudeGegenüber der heute üblichen zentralen
Stromerzeugung in Kraftwerken erlauben
neue, in Gebäude integrierte Energiesysteme,
die Energieeffizienz durch Abwärmenutzung
deutlich zu steigern. Zudem können erneuer-
bare Energien genutzt und dadurch geringere
Stromlastspitzen erreicht werden. Die Empa
entwickelt Konzepte und Energiesysteme für
die 2000-Watt-Gesellschaft sowie die dazu er-
forderlichen Materialien und Komponenten.
Schwerpunkte bilden die in Gebäude inte-
grierte Wärmekraftkopplung mit Brennstoff-
zellen und in Verbindung mit erneuerbaren
Materialien für Energietechnologien
Innovationen für die 2000-Watt-Gesellschaft
Für eine nachhaltige Zukunft müssen die Ansprüche der Menschenan Lebensqualität und Komfort mit deutlich weniger Ressourcenund Emissionen befriedigt werden, als dies heute der Fall ist. Die Empaträgt mit ihrem Forschungsprogramm «Materialien für Energie-technologien» dazu bei, dass die Schweiz eine internationale Führungs-rolle bei der Entwicklung innovativer Materialien und Systemewahrnehmen kann.
Organische PhotovoltaikHerkömmliche Solarzellen basieren auf kris-
tallinem Silizium. Aufgrund ihrer hohen
Herstellungskosten können sie bei der Ener-
gieerzeugung noch nicht mit fossilen Brenn-
stoffen wie Kohle und Erdgas oder anderen
erneuerbaren Energien – etwa Wind- oder
Wasserkraft – konkurrieren. Preiswertere
Alternativen bieten Dünnschichttechnolo-
gien der Photovoltaik, die 10- bis 100-mal
weniger Material benötigen, beispielsweise
organische Solarzellen, bei denen Polymere
oder Farbstoffmoleküle das Sonnenlicht in
Elektrizität umwandeln. Lediglich ein paar
Gramm aktives Material genügen, um ganze
zehn Quadratmeter Solarzellenfläche zu be-
schichten. An der Empa wird diese junge
Technologie intensiv erforscht, so etwa
Halbleiter, die mit kostengünstigen Druck-
verfahren einfacher hergestellt und verar-
beitet werden können und interessante Wir-
kungsgrade versprechen. Das organische
Halbleitermaterial muss die vom absorbier-
ten Licht erzeugten angeregten Zustände
der Moleküle in positive und negative La-
dungsträger «umwandeln». Äusserst effi-
zient sind dabei nanostrukturierte Zweipha-
In die FassadeintegrierteSolarkollektorenals Teil einesins GebäudeintegriertenEnergiesystems.
Kontakt
Dr. Xaver Edelmannxaver.edelmann@empa.ch
Energiesystemen (zum Beispiel Photovol-
taik, thermische Solarsysteme) sowie die
jahreszeitliche Wärmespeicherung, um im
Winter mit der im Sommer gespeicherten
Wärme zu heizen. Zudem befassen sich die
ExpertInnen mit «thermisch getriebenen»
Kühlverfahren, bei denen Solar- oder Ab-
wärme an Stelle von Elektrizität verwendet
wird. Hierzu erarbeitet die Empa dynami-
sche Simulationswerkzeuge, die zur Analy-
se und Optimierung dieser Systeme einge-
setzt werden. Die resultierenden Konzepte
werden schliesslich mit Partnern aus der In-
dustrie sowie aus internationalen For-
schungsinstitutionen in Prototypen und De-
monstrationsanlagen umgesetzt.
TechnologiebeurteilungNeue Energietechnologien bringen für Um-
welt, Wirtschaft und Gesellschaft Verände-
rungen, die sich hinsichtlich Nachhaltigkeit
positiv oder negativ auswirken können. Nur
durch eine systematische Beurteilung sämt-
licher Konsequenzen, insbesondere der da-
mit verbundenen Chancen und Risiken, las-
sen sich die nachhaltigsten Technologien
bestimmen. Empa-ForscherInnen nutzen
Ökobilanzen oder Lebenszyklusanalysen
(LCA, engl. life cycle assessment), um die
Nachhaltigkeit von Technologien und Pro-
dukten zu beurteilen.
Die Empa ist auf dem Gebiet der LCA welt-
weit eine der führenden Forschungsinstitu-
tionen. Durch den Einsatz von Ökobilanzen
stellt sie sicher, dass sich neue Entwicklun-
gen mit der Empa-Vision von nachhaltigen
Technologien decken. Dabei versuchen ihre
Forschenden, sämtliche Komponenten und
Aspekte der untersuchten Systeme in die
Ökobilanzen einzubeziehen, um möglichst
aussagekräftige, realitätsnahe Bewertungen
zu erhalten. So wird beispielsweise für die
Ökobilanz von Biotreibstoffen alles berück-
sichtigt, was für eine Fahrt von einem Kilo-
meter pro Person benötigt wird – vom Anbau
des Biotreibstoffes bis zur Fahrzeugnutzung.
14 | 15
Industrial Design-Studierende derZürcher Hochschule der Künste (ZHdK)bearbeiten die an der Empa entwickelteIdee einer (Energie-) autarken Raumzelle.
KraftmikroskopischeAufnahme der Oberflächeeines nanostrukturiertenDünnfilms, wie er fürorganische Solarzelleneingesetzt wird.
150 nm
Materialien für Gesundheit und Leistungsfähigkeit
Verbindung von Materialwissenschaften und Biologie
Die Medizin hat im Bereich Chirurgie und Implantate enorme Fortschrittegemacht. Dazu benötigt sie Materialien, die einerseits biokompatibelsind, andererseits eine möglichst gute Integration der Implantate im Körpererlauben. Geeignete Materialien und Systeme schützen den Menschengegen äussere Einwirkungen oder steigern seine Leistungsfähigkeit.Das Forschungsprogramm hilft, Lösungen für diese Anwendungsbereichezu liefern, und verbindet dabei Biologie mit den Materialwissenschaften.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt be-
fasst sich mit Infektionen, die in zunehmen-
dem Masse zu den wesentlichen Komplika-
tionen bei Implantaten zählen. Die Empa
versucht diese zu verhindern, indem sie an-
tibakterielle Oberflächen für Implantate ent-
wickelt und diese mit Partnern aus der In-
dustrie in der Praxis testet.
Zellforschung für die MedizinaltechnikDer erfolgreiche Einbau von Implantaten
und die Gewähr der Funktionstüchtigkeit
hängen stark von der Wechselwirkung der
Materialien mit den sie umgebenden Zellen
ab. Die Empa untersucht, wie sich Zellen in
einer dreidimensionalen Umgebung verhal-
ten, wenn sie mit verschiedenen Materialien
in Kontakt kommen. Daraus können die For-
scherInnen dann ableiten, welche Implan-
tatoberflächen oder -topografien sich für das
Zellwachstum am besten eignen.
Damit ein Implantat perfekt «sitzt», muss
dessen Oberfläche möglichst gut an den be-
nachbarten Zellen «haften». Je nach Zell-
typus und verwendetem Material unterschei-
den sich diese Wechselwirkungen allerdings
deutlich. In einem von der EU finanzierten
Projekt haben Empa-Forschende eine neue
Methode entwickelt, die es erlaubt, optisch
die Kräfte zu messen, die einzelne Zellen
auf ihre Umgebung ausüben.
100 μm
RasterelektronenmikroskopischeAufnahme von Knochenzellenauf einer modifizierten Titan-legierung für Knochenimplantate(oben).
Implantiertes Kniegelenk(Foto links: iStock).
16 | 17
Biopolymere helfen Sehnenbeim ZusammenwachsenBei einem Sehnenriss müssen die beiden Ge-
webeenden wieder zusammengefügt werden
und zusammenwachsen. Eine an der Empa
entwickelte textile «Ersatzsehne» aus Biopo-
lymeren soll diesen Heilungsprozess in Zu-
kunft beschleunigen und erleichtern. Die
Überbrückung fixiert die Sehnenenden,
lässt eine mechanische Belastung zu und er-
möglicht dank guter Biokompatibilität das
erneute Zusammenwachsen der Sehne. Die
Biopolymere wurden bereits erfolgreich ver-
sponnen; erste mechanische sowie Biokom-
patibilitätstests der Materialien verliefen
äusserst viel versprechend. Als nächstes
werden die Materialien im lebenden Orga-
nismus getestet.
Bessere Schutzausrüstung dankinnovativen MaterialienPersönliche Schutzausrüstungen erfüllen
ihre Schutzaufgabe umso besser, je grösser
und voluminöser sie sind. Dies steht aber im
Widerspruch zur Bequemlichkeit und damit
zur Akzeptanz durch die BenutzerInnen.
Forschung an der Empa verspricht Abhilfe
bei diesem Dilemma. Im Zentrum stehen
Materialien, die dank Verstärkung durch
Kohlenstoffnanoröhrchen bei geringerem
Gewicht die gleichen Eigenschaften haben
und Leistungen erbringen wie herkömmli-
che Materialien. Ebenso wird an Konzepten
gearbeitet, die durch eine geeignete Materi-
alauswahl und -kombination die Bedürfnis-
se des Körpers wie etwa die optimale Ther-
moregulation besser berücksichtigen. In ei-
nem europäischen COST-Projekt konnten
unter Leitung der Empa beispielsweise die
physiologischen Eigenschaften von Motor-
radhelmen deutlich verbessert werden.
Kontakt
Markus Rüedimarkus.rueedi@empa.ch
Biokompatibilitätstests: Zellen wachsenauf textilen Strukturen, etwa aufkünstlichen Sehnen aus Biopolymeren.
Mit Verhaltenstests wirdder physiologische Einflussvon Helmen untersucht.
50 μm
Ausgewählte Projekte
«Intelligente» Eisenlegierungen mit Formgedächtnis
Formgedächtnislegierungen haben eine interessante Eigenschaft: Sienehmen selbst nach starker Verformung durch Wärmeeinwirkung wiederihre ursprüngliche Gestalt an, sie scheinen sich regelrecht zu «erinnern».Diese Fähigkeit der «smarten» Materialien lässt sich nutzen, etwa beitemperaturgesteuerten Ventilen. Künftig sollen Materialien mit Form-gedächtnis auch beim Bauen zum Einsatz kommen.
Es mutet wie ein Zaubertrick an: Eine Büro-
klammer wird so stark verbogen, dass sie ih-
ren ursprünglichen Zweck nicht mehr erfüllen
kann. Wird der Metalldraht jedoch über einem
brennenden Streichholz erwärmt, nimmt er
allmählich «von selbst» wieder seine Büro-
klammer-Form an. Magie? Keineswegs, aber
ein gutes Stück materialwissenschaftliches
Know-how. Die Klammer besteht nicht aus ge-
wöhnlichem Draht, sondern aus einer speziel-
len Nickel-Titan-Legierung, die ein ausgespro-
chen gutes Formgedächtnis besitzt. Solche
«Formgedächtnislegierungen» (SMA, engl.
shape memory alloy) sind wie geschaffen für
spezielle Anwendungen. Etwa für temperatur-
gesteuerte Ventile, die in kaltem Zustand ge-
schlossen sind, sich in warmem Zustand je-
doch öffnen, indem eine Feder aus SMA das
Ventil aufdrückt. Sobald die Feder abkühlt,
schliesst sich das Ventil wieder. Solche Ven-
tile werden in Sprinkleranlagen genutzt oder
zum automatischen Öffnen und Schliessen
von Dachfenstern in Gewächshäusern. Weite-
re Beispiele für den Einsatz von SMA sind Bril-
lengestelle, die – einmal verbogen – dank
Wärme wieder zu ihrer eigentlichen Form
finden, oder auch Thermostate, Stents, Mi-
kroaktuatoren.
Es muss nicht immer Nickel-Titan seinDoch nicht nur für die Medizin, den Automo-
bilbau oder für teure Designerbrillen sind Ma-
terialien mit Formgedächtnis interessant; auch
im Bauwesen sind Anwendungen denkbar. An
der Empa wurden bereits erste Spezialanwen-
dungen mit SMA auf Nickel-Titan-Basis de-
monstriert. Extrem dünne Betonwände lassen
sich beispielsweise nicht mit vorgespanntem
Stahl armieren, weil die Überdeckung zu ge-
ring ist, um den Stahl gegen Korrosion zu
schützen. Wird der Beton jedoch mit SMA-
Drähten verstärkt, lassen sich diese mit Hitze
«aktivieren»: Sie ziehen sich zusammen und
schaffen so eine Vorspannung, die anders gar
nicht zu erreichen wäre. Der Effekt liesse sich
auch bei Vorspannkabeln, etwa von Brücken-
decks, nutzen. Das Kabel muss lediglich er-
hitzt werden, damit es sich zusammenzieht;
die übliche aufwändige Spannvorrichtung
entfällt.
Nickel-Titan-SMA sind jedoch viel zu teuer
für das Bauwesen, wo normalerweise Ton-
nen von Material benötigt werden. Neben
den etablierten Nickel-Titan-Systemen gibt
es auch andere mit Formgedächtniseigen-
schaften. Der Memory-Effekt existiert bei
verschiedenen metallischen Legierungen, ja
sogar bei Polymeren. In Japan wurden SMA
auf Eisenbasis entwickelt, unter anderem für
Muffen zum Verbinden von Rohren. Aller-
dings wird bei diesen das Formgedächtnis
erst bei Temperaturen von knapp 400 Grad
Celsius aktiv, was für den Einsatz in Beton
und Mörtel oder anderen temperaturemp-
findlichen Matrixmaterialien deutlich zu
hoch ist.
Die Empa hat nun neuartige Legierungen auf
Eisen-Mangan-Silizium-Basis entwickelt. Sie
wurden so «designt», dass sie sich bereits bei
Temperaturen um 120 Grad Celsius an ihre
ursprüngliche Form «erinnern» und diese
wieder annehmen. Anhand von thermodyna-
mischen Simulationen gelang es den Materi-
alwissenschaftlern, Legierungen mit dem
Ein Beispiel wie aus dem Lehrbuch:Eine Büroklammer aus einerFormgedächtnislegierung (SMA) wirdzunächst verbogen, dann unterEinwirkung von Hitze wiederin ihre ursprüngliche Form gebracht.
20 | 21
Kontakt
Dr. Andrea Bergaminiandrea.bergamini@empa.ch
besten SMA-Potenzial in silico, also am Com-
puter, ausfindig zu machen. Dazu mussten
sie mit entsprechenden Programmen virtuel-
le Legierungen «verschmelzen». Schliesslich
gelang es ihnen, drei Legierungen zu identi-
fizieren und herzustellen, die den Anforde-
rungen ihrer Ingenieur-Kollegen genügten –
ein Meilenstein auf dem Weg zu günstigeren
Formgedächtnislegierungen für Anwendun-
gen im Industriemassstab.
Der Weg vom Labor zum Produktist langAuf Eisen basierte Formgedächtnislegierun-
gen dürften im Bauwesen gute Chancen ha-
ben. Sie sind günstiger als andere moderne
Werkstoffe, und sowohl Ingenieure als auch
Baupraktiker sind den Umgang mit «tradi-
tionellem» Stahl eher gewohnt als mit Neu-
entwicklungen wie kohlenstofffaserver-
stärkte Kunststoffe (CFK). Ausserdem sind
die Stähle meist leichter zu handhaben, und
– ein für die Praxis nicht unwesentliches
Detail – sie lassen sich schweissen.
Bis aus den von der Empa entwickelten Le-
gierungen jedoch marktfähige Produkte ge-
worden sind, wird noch einige Zeit verge-
hen. Bisher wurden für die Untersuchungen
im Labor nur Probemengen von wenigen Ki-
logramm hergestellt, dies zudem in Vakuum-
öfen. Die Rezepturen müssen daher erst in
den Industriemassstab hochskaliert werden,
und der Herstellungsprozess ist noch praxis-
gerecht umzusetzen. Formgedächtnisdrähte, diedem Beton beigemischtwerden, wenn herkömmlicheVorspannung und Armierungnicht möglich sind.
Beton wird mit Eisen armiert, um seine Zugfestigkeit zu erhöhen (A). Mit zusätzlichen Vorspannelemen-ten lassen sich noch bessere Werte erreichen, um beispielsweise bei Brücken grössere Spannweitenzu ermöglichen (B). Wo eine Eisenarmierung nicht möglich ist, kann die Zugfestigkeit mit beigemischtenFasern verbessert werden (C). Auch hier kann vorgespannt werden – jedoch nur unter Einsatz von Form-gedächtniswerkstoffen, die mit Wärme aktiviert werden (D).
A B
C D
«core@shell-Nanowires»aus Octaethyl-Porphyrin-Platin (PtOEP) «schnallen»sich während desHerstellungsprozesseseine Art Gürtel ausKupfer-Phthalocyanin-(CuPc)-Molekülen um.
1μm
Dünnschichten aus Farbstoffmolekül-Nanodrähten können Veränderungenin der Luftzusammensetzung rasch und mit hoher Empfindlichkeit wahr-nehmen; sie reagieren auf minimale Mengen toxischer Gase beispielsweiseprompt mit einem Farbwechsel. Die dünnen Schichten organisch-halbleitenderNanodrähte, von der Empa für ein EU-Projekt zu Gassensoren entwickelt,eignen sich aber auch für den Einsatz in anderen optoelektronischen Bauteilen,etwa für Solarzellen.
Eine neue Generation von Gassensoren wird
Labor- wie auch Spitalpersonal oder genau-
so Bergwerkarbeitern in Zukunft mehr
Schutz bieten können: Verfärbt sich der
Chip, den sie an der Kleidung tragen, droht
Gefahr; der Sensor warnt vor geruchlosen,
explosiven Gasen. Sein grosses Plus: Er ar-
beitet ohne elektrischen Kontakt, der Fun-
ken schlagen könnte.
Entwicklung von Dünnschichtenfür OptoelektronikZiel des EU-Projekts «PHODYE» sind opto-
elektronische Gassensoren, die einfach und
günstig herzustellen sind und zuverlässig
funktionieren. Am Projekt beteiligt sind ne-
ben der Empa das Instituto de Ciencia de
Materiales de Sevilla, die Universität Valen-
cia, die Königlich Technische Hochschule
Stockholm, das Centre Suisse d'Electroni-
que et de Microtechnique (CSEM) und ver-
schiedene Industriepartner. ForscherInnen
der Empa-Abteilung «nanotech@surfaces»
entwickeln darin Dünnschichten, die beim
Kontakt mit bestimmten Gasmolekülen Far-
be und Fluoreszenz ändern.
«Nanodrähte» aus Farbstoffmolekülen werden zu Gassensoren
20 nm40 nm
PtOEP
CuPc
Je dichter der «Teppich-flor» aus Nanodrähten,desto deutlicher ändert dieDünnschicht ihre Farbe.
Dünnschichten wie ein «Teppichflor»Nanodrähte sind unfassbar dünne «Fäden»
mit lediglich zehn bis 50 Nanometer Durch-
messer und einer Länge von bis zu 100 Mi-
krometer. Sie entstehen beim Aufdampfen
von Molekülen auf geeignet präparierten
Substanzen. Empa-PhysikerInnen ist es ge-
lungen, diesen Prozess sehr genau zu steu-
ern, indem sie die Substrattemperatur und
den Molekülfluss kontrollieren: Stimmen
die Rahmenbedingungen, kristallisieren die
Moleküle und wachsen zu Drähten heran.
Die Nanodrähte, die dicht an dicht auf dem
Silizium wachsen, bilden eine Art «Teppich-
flor». Diese Dünnschicht ist erstens auf-
grund der hohen Dichte ihrer Nanodrähte in
der Lage, die Farbe sehr deutlich zu ändern.
Und zweitens geschieht das sehr schnell
dank der grossen Oberfläche der Nanodräh-
te: Das menschliche Auge nimmt die verän-
derte Leuchtkraft der Dünnschicht auf dem
Gassensor sofort wahr und ist bei Gefahr
rasch gewarnt.
Kontakt
Dr. Pierangelo Gröningpierangelo.groening@empa.ch
Unbegrenzte Kombinations-möglichkeitenDie Prozesse, die Nanodrähte zum Wachsen
bringen, können jederzeit verändert und an-
gepasst werden: Den Empa-Wissenschaftler-
Innen gelang es, Fäden aus den unterschied-
lichsten Molekülen, in beliebigen Zusam-
mensetzungen zu synthetisieren. Farbstoff-
moleküle, wie etwa Porphyrin und Phthalo-
cyanin, stapeln sich abwechselnd eines aufs
andere oder fügen sich sequentiell aneinan-
der; dies lässt sich nach Belieben steuern.
Nanofäden aus Octaethyl-Porphyrin-Platin
(PtOEP) vollführen während des Prozesses
regelrechte Tänze mit Bändern aus Kupfer-
Phthalocyanin-Molekülen (CuPc), die sie
sich am Schluss wie Gürtel «umschnallen».
Die «core@shell-Nanowires» genannten
Drähte ähneln winzigen Kabeln: Je nach
Materialwahl kann die äussere Schicht iso-
lierend wirken, der innere Teil elektrisch lei-
tend sein.
Die ForscherInnen sind nun daran interes-
siert, einfache Methoden zu finden, um Na-
nodrähte aus den unterschiedlichsten Mole-
külen «massgeschneidert» – also mit be-
stimmten elektronischen und optoelektroni-
schen Eigenschaften ausgestattet – herzustel-
len. Gelingt dies, dann gibt es zahlreiche Ein-
satzgebiete für deren praktische Anwen-
dung, etwa in Leuchtdioden, Fototransisto-
ren oder Solarzellen.
22 | 23
Seit einigen Jahren widmen sie sich bereits
der Herstellung von Dünnschichten mit ein-
gelagerten Farbstoffmolekülen – einer inte-
ressanten Klasse von Materialien für zahl-
reiche Anwendungen in der Optik und der
Optoelektronik, bei der die Wechselwirkung
zwischen elektrischen Ladungsträgern und
Lichtteilchen (Photonen) genutzt wird. Im
Laufe dieser Arbeiten wurden verschiedene
Verfahren zum Aufbau von Dünnschichten
untersucht. Das «Züchten» von Nanodräh-
ten hat sich dabei als sehr Erfolg verspre-
chend erwiesen: Nanodrähte lassen sich in
einem relativ einfachen Verfahren aus un -
terschiedlichen Molekülen herstellen und
besitzen einen perfekten kristallinen Auf-
bau.
Drei unterschiedlichhergestellte Perylen-Dünnschichten besitzenje eine andere Fluores-zenz. Zum Leuchtengebracht werden sie mitUV-Licht (365 Nanometer).
Operationen zum Entfernendes Implantates sind nichtmehr nötig, wenn sich dasImplantat – sobald es nichtmehr gebraucht wird – imKörper auflöst. (Foto: iStock)
Wenn der Körper Implantate «schluckt»
Die Idee ist bestechend: Statt ein Implantat wieder herauszuoperieren,sobald es seine Funktion erfüllt hat, wird es einfach im Körper belassen –bis es sich dort schliesslich zersetzt hat. Die Empa forscht zusammenmit Partnerinstitutionen und -firmen nach geeigneten Werkstoffen undSchutzbeschichtungen für temporäre Implantate, die nach einer gewissenZeit vom Körper «resorbiert» werden können.
Temporäre Implantate, etwa zur Fixierung
eines gebrochenen Knochens, sollten in der
Regel nach spätestens zwei Jahren wieder
operativ entfernt werden. Bis dahin soll sich
der Fremdkörper gut in die Anatomie ein-
passen und vom Körper für die Einsatzdauer
akzeptiert werden. Dazu muss er «biokom-
patibel» sein, darf beispielsweise nicht kor-
rodieren, und er soll sich nach erfüllter
Funktion auch wieder ohne Komplikationen
entfernen lassen. Oder – noch besser – von
selbst auflösen. Bislang bewährte Implan-
tatmaterialien wie Titan, Kobalt-Chrom-
Legierungen und rostfreier Stahl eignen sich
zwar bestens, lösen sich jedoch nicht von
selbst auf.
Die Empa ist mit Partnern im Rahmen des
«Competence Centre for Materials Science
and Technology» (CCMX) des ETH-Bereichs
daran, bioabbaubare Stents aus Magnesium
zu entwickeln, die zum Offenhalten von ver-
engten Gefässen dienen. Andere chirurgi-
sche Produkte sind Stifte und Platten zum
Fixieren von Knochen. Der Vorteil liegt da-
rin, dass sie sich im Körper mit der Zeit zer-
setzen, wodurch eine weitere Operation
zum Entfernen des Implantats entfällt. Und
Magnesium ist nicht nur biokompatibel, der
Körper benötigt das Element sogar für zahl-
reiche Stoffwechselprozesse.
Abbauprozess muss genaubekannt sein So überzeugend die Idee sich darstellt, ihre
Umsetzung ist alles andere als trivial. Der
Zersetzungsprozess, die Korrosion, darf
nicht zu schnell verlaufen – sonst ist das Im-
plantat weg und die Blutgefässe verengen
sich wieder. Und selbst nach erfüllter «Mis-
sion» darf ein solches Teil sich nicht unkon-
trolliert auflösen – zerfällt es beispielsweise
in Stücke, drohen lebensgefährliche Gefäss-
verstopfungen.
Die Rolle der Empa im multidisziplinären
Projekt: Sie untersucht mit Hilfe elektroche-
mischer Methoden im Labor anhand von Lö-
sungen, die das Körpermilieu simulieren
(SBF), wie diese sich auf den Korrosionspro-
zess der Magnesiumlegierungen auswirken.
SBF ohne PufferSBF
-2 -1 0 1 2log (Frequenz)
log
(A
mp
litud
e) [
Ω.c
m-2
]
Phas
enve
rsch
ieb
ung
3 4
480
60
40
20
0
-20
3
2
1
5 6
Die Eigenschaften von Oberflächen-oxiden, die den temporärenSchutz des Implantats gewährleisten,werden mit der elektrochemischenImpendanzspektroskopie untersucht.
100 μm
24 | 25
Beispielsweise erlaubt die elektrochemische
Impedanzspektroskopie mit frequenzab-
hängigen Messungen, die Art des Korrosi-
onsprozesses (lokal, gleichmässig verlau-
fend) genau zu verfolgen. Körperflüssigkeiten
sind deshalb sehr heikel, weil ihr pH-Wert
an der elektrochemischen Stabilitätsgrenze
von Magnesiumhydroxid liegt. Minimale
Schwankungen des chemischen Gleichge-
wichts können Korrosionsmechanismen
komplett verändern (Abbildung unten links:
Einfluss von Puffer auf Oberflächenstabili-
tät). Ziel der Untersuchungen ist es, die
Schlüsselfaktoren beim Abbauverhalten ge-
nau zu kennen, um eindeutige Voraussagen
über die Lebensdauer eines Implantates ma-
chen zu können.
Damit die Implantate vor allzu schneller an-
fänglicher Korrosion und zu schnellem Ab-
bau bewahrt sind, können sie beispielsweise
per thermisches Oxidationsverfahren mit ei-
ner mikrometerdicken schützenden Oxid-
schicht überzogen werden. Darauf kann zu-
sätzlich eine Polymerbeschichtung aufge-
bracht werden, die sich funktionalisieren
lässt. In das Polymer wird beispielsweise ein
Medikament eingebettet, das Infektionen
oder unkontrolliertes Gewebewachstum
verhindert. Die Schutzschicht bewirkt, dass
der Abbauprozess nicht grossflächig ein-
setzt, sondern lokal an winzigen Oxiddefek-
ten beginnt. Er breitet sich dann lateral aus,
wie mit Hilfe der Auger-Elektronenspektro-
skopie genau verfolgt werden konnte.
An der ETH Zürich befasst sich das «Labo-
ratory for Surface Science and Technology»
mit der Beschichtung und Biofunktionalisie-
rung, während das «Laboratory of Metal
Kontakt
Dr. Patrik Schmutzpatrik.schmutz@empa.ch
Physics and Technology» die Materialzu-
sammensetzung der Magnesiumimplantate
optimiert. Das medizintechnische Know-
how auf dem Gebiet der Stents bringt der In-
dustriepartner im Projekt ein, die Firma Bio-
tronik AG, Bülach.
Nächster Schritt: Untersuchungenmit lebenden ZellenAnders als bei den bereits gemachten Bio-
kompatibilitätsuntersuchungen waren bei
den elektrochemischen Korrosionsversu-
chen an der Empa bisher keine lebenden
Zellen involviert. Ihr Einbezug, unter ande-
rem wegen der Rolle der Proteine, ist für
eine genauere Beschreibung der Degradati-
onsmechanismen im Körper ein wichtiger
nächster Schritt. Dazu sollten Zellkulturen
verwendet werden, bei denen immortali-
sierte (unsterbliche) Zellen aus tierischem
oder menschlichem Gewebe in einer Nähr-
lösung gezüchtet werden. Solche Zellen ver-
halten sich jedoch nicht immer gleich wie
«normale» Zellen, weshalb es auch Kulturen
mit Stammzellen für die Versuche braucht.
Auch wenn die Interpretation der elektro-
chemischen Versuche durch die extreme
Komplexität der Systeme sehr schwierig und
aufwändig werden dürfte, lohnt sich das En-
gagement. Den bioabbaubaren Implantaten
mit angepasstem Abbauverhalten dürfte
nämlich die Zukunft gehören; ihr Marktpo-
tenzial wird auf mehrere Milliarden Franken
geschätzt.
Bioresorbierbare Implantateaus Magnesium werdenvom Körper aufgelöst.Ein solcher Stent zum Offen-halten verengter Gefässeenthält etwa vier MilligrammMagnesium; hier auf einemBallonkatheter. (Foto:Biotronik GmbH & Co KG)
Der «Fussabdruck» des Güterverkehrs
Das EU-Forschungsprojekt «EUREKA Logchain Footprint» schafft die wissen-schaftlichen Grundlagen für eine europaweite Schwerverkehrsabgabe; dabeisollen die Fahrzeuge aufgrund ihrer Belastung von Infrastruktur und Umweltbesteuert werden. Die Empa betreibt dazu seit 2005 eine Autobahn-Messstation,die den «Umwelt-Fussabdruck» des Schwerverkehrs über drei Tonnen erhebt.
Das Forschungsprojekt «EUREKA Logchain
Footprint» hat das Ziel, die ökonomischen,
ökologischen und sozialen Kosten des Gü-
terverkehrs auf Schiene und Strasse zu er-
mitteln, zu vergleichen und umweltfreund-
lichere Fahrzeuge zu fördern. Es erstellt so-
zusagen den «Fussabdruck» des Güterver-
kehrs. Eingebunden sind mehrere Partner
aus sieben Ländern. Im Zentrum stehen die
Entwicklung einer Methode zur Identifizie-
rung umweltfreundlicher Strassen- und
Bahnfahrzeuge, ein detailliertes Verständnis
der Wechselwirkung zwischen Rad und
Fahrbahn beziehungsweise Schiene sowie
das Erfassen verschiedener Umwelteinflüs-
se. Abhängig vom «Fussabdruck» der Fahr-
zeuge soll dann künftig eine verursacherge-
rechte Infrastrukturgebühr analog der
Schweizer Schwerverkehrsabgabe (LSVA)
vorgeschlagen werden. Dadurch werden
umweltfreundlichere Fahrzeuge gefördert,
denn weniger Immissionen bedeuten gerin-
gere Gebühren.
Messstation an derAutobahn Zürich – BernDer Schweizer Beitrag unter Leitung der
Empa war der Bau der ersten europäischen
Messstation an der A1 von Zürich nach Bern
auf der Höhe von Lenzburg, die werktags
täglich von bis zu 6000 Fahrzeugen mit
mehr als drei Tonnen Gesamtgewicht pas-
siert wird. Seit 2005 werden dort Messdaten
erhoben. Inzwischen sind in England weite-
re Messstationen für die Strasse und in den
Niederlanden und Österreich für die Bahn in
Betrieb genommen worden. Als «Fussab-
druck» der Fahrzeuge werden die dynami-
schen Radlasten (Gesamtgewicht und Achs-
lasten), der Lärm und die Bodenvibrationen
gemessen. Zu diesen Hauptparametern kom-
men Daten hinzu über Radkraftverteilung,
Belagsdeformation, Temperatur und Feuch-
tigkeit in verschiedenen Tiefen des Belags
beziehungsweise des Unterbaus.
Schweizer Partner der verschiedenen am Pro-
jekt beteiligten Empa-Abteilungen (Strassen-
bau, Lärm, Messtechnik, Verbrennungsmo-
toren) sind die Bundesämter für Berufsbil-
dung und Technologie (BBT), für Umwelt
(BAFU), für Verkehr (BAV), für Strassen
(ASTRA) sowie als Industriepartner die im
Sensorenbau tätige Kistler Instrumente AG
und die Road and Traffic Systems Consulting
GmbH.
Komplexe Messungen liefernerste ResultateUm die verschiedenen Parameter parallel
messen zu können, installierten die Empa-
ForscherInnen Vibrationssensoren, Tempe -
ratur- und Feuchtigkeitssensoren sowie ei-
nen Stress-in-Motion-Sensor (SIM), Wegsen-
soren für die Deformationen des Belags so-
wie Mikrofone. Dieses Weigh-in-Motion-
System (WIM) ist Teil des Schweizer Ver-
kehrsmonitoring vom ASTRA. Es misst die
Achslasten, der SIM-Sensor die Kraftvertei-
lung unter dem Reifen.
Die Daten belegen, dass sowohl beim Ge-
samtgewicht als auch bei den Achslasten die
Grenzwerte zum Teil deutlich überschritten
werden. Und das kann erhebliche Konse-
quenzen nach sich ziehen: Ein zu hohes Ge-
samtgewicht kann die Tragsicherheit von
Brücken und Viadukten gefährden, und über-
höhte Achslasten beschädigen den Strassen-
belag über Gebühr. Die Auswertung der
Messdaten in den verschiedenen Belags-
schichten zeigt ausserdem, dass auch Kraft-
verteilung und Reifendruck für die Lebens-
dauer der Strassenbeläge von Bedeutung
sind. Und – auch das ein Ergebnis der Empa-
Messungen – die verschiedenen Parameter
sollten einzeln gemessen und beurteilt wer-
den, da die schwersten Fahrzeuge nicht un -
bedingt diejenigen sind, die am meisten Lärm
verursachen.
Kontakt
Lily Poulikakoslily.poulikakos@empa.ch
Ein im Strassenbelag eingelassener Sensorvon Projektpartner Kistler Instrumente AGmisst die Kraftverteilung unter denReifen, wenn ein Fahrzeug darüber fährt.
26 | 27
Güterverkehr belastetStrassen und Schienen.Das EU-Forschungsprojekt«EUREKA LogchainFootprint» schafft diewissenschaftlichen Grund-lagen für eine europäischeSchwerverkehrsabgabe.
Mobility-Pricing für schwereBrummer und GüterzügeGrundlage für die Gebühren soll in Zukunft
nicht mehr die maximale Kapazität eines
Fahrzeugs sein, sondern seine spezifisch er-
fassten Immissionen, also die konkret ver-
ursachte Belastung von Infrastruktur und
Umwelt. Die Erfahrungen mit den Messsta-
tionen werden dann zeigen, in welcher
Form der Güterverkehr auf Strasse und
Schiene in der EU unter wirtschaftlichen,
ökologischen und sozialen Aspekten verur-
sachergerecht besteuert werden kann. Wird
wie bei der Schweizer LSVA nur die Strasse
besteuert, oder wird je nach Grösse des
Fussabdrucks auch der Schienenverkehr
zur Kasse gebeten – gibt es also ein eigent -
liches Mobility-Pricing für den Güterver-
kehr? Dies sind politische Fragen; um trag-
fähige Lösungen zu finden, liefert die Empa
mit ihren Partnern innerhalb des EU-Pro-
jekts «Footprint» die technisch-wissen-
schaftlichen Grundlagen.
Der von der Empa entwickelteDeformationssensor misst dieVeränderungen in den verschiedenenSchichten des Strassenbelags.
Pilze «zaubern» Stradivari-Klänge
Die Holz-Fachleute der Empa sind dem Geheimnis des Klangseiner echten Stradivari ein gutes Stück näher gekommen.Dabei verlässt sich der Geigenbauer auf winzige Helfer: Holzzersetzende Pilze verändern die Struktur des Geigenholzes so,dass es dem Material des berühmten Geigenbaumeistersaus Cremona ähnelt. Beim «Swiss Innovation Forum» in Baselerntete die Neo-Stradivari ersten Applaus.
Die Holzforscher der Empa haben sich er-
staunliche Helfer gesucht. Es handelt sich
um Holz zersetzende Pilze der Gattung
Xylaria longipes, einen Erreger der Weiss-
fäule. Ausgerechnet sie können Holz «her-
stellen», das dem Material von Antonio Stra-
divari erstaunlich nahe kommt. Das Ergeb-
nis: Eine neue Geige, die den einzigartigen
Klang der berühmten Stradivari-Violinen
annähernd wiederertönen lässt.
Nach jahrelangen Versuchen war Anfang
November beim «Swiss Innovation Forum»
in Basel zum ersten Mal eine Geige zu sehen
und zu hören, bei der das speziell behandel-
te Holz verwendet wurde. Nicht nur äusser-
lich ähnelt das neue Instrument einer ech-
ten Stradivari. Geigenbauer Michael Rhon-
heimer lobt vor allem die Ansprache und
das Volumen seines neuen Instruments.
Geigenbauer Michel Rhonheimer mit dem neuenInstrument. Der Ahornboden der Violine wurde mitdem Pilz Xylaria longipes behandelt.
28 | 29
Francis Schwarze, Empa-Fachmann für
Holzschutz, fand nach langem Experimen-
tieren endlich einen Pilz mit sehr speziellem
Appetit: Er greift bestimmte Strukturen des
Holzes an und lässt andere intakt. Genau ge-
nommen knabbert der Pilz nur an den dick-
wandigeren Spätholzzellen, während er die
Frühholzzellen mit ihren dünneren Wänden
unangetastet lässt. Das Holz behält so seine
Biegesteifigkeit und Schallgeschwindigkeit,
doch seine Dichte verringert sich und das
Material wird homogener.
Aus Neu mach AltAusserdem sorgt die Pilzbehandlung dafür,
dass das Holz älter aussieht. Was für die Äs-
thetik des Instruments wichtig ist. Beim ak-
tuellen Modell wurden die Pilze auf das
Ahornholz des Geigenbodens angesetzt. Im
nächsten Schritt soll eine komplette Violine
aus dem speziellen Holz entstehen. Für die
Behandlung des Geigendeckels sind aller-
dings andere Pilze zuständig, denn hierfür
wird Fichtenholz verwendet. Schon bald
sollen Musikkenner mit kritischem Gehör
Gelegenheit haben, den Klang einer echten
mit dem einer komplett aus Pilz-Holz nach-
gebauten Stradivari zu vergleichen. Im
Blindtest, vor laufender Kamera, sollen die
Pilze dann unter Beweis stellen, dass sie tat-
sächlich für perfektes Geigenbauholz sor-
gen können.
Kontakt
Prof. Dr. Francis Schwarzefrancis.schwarze@empa.ch
Xylaria longipes treibt seine Fäden tief ins
Holz vom Bergahorn, das für die Bodenplatte
der neuen Geige verwendet wurde, und nagt
die Zellwände an ganz bestimmten Stellen
an. So verringert der Pilz die Holzdichte, was
zu deutlich besseren Klangeigenschaften
führt. Erstmals lässt sich die gleiche Holz-
qualität erreichen wie in Stradivaris Werk-
statt, wie akustische Messungen der Empa
ergaben.
Pilzbefall ersetzt Kleine EiszeitDer Meister selbst wusste übrigens nichts
von Holz zersetzenden Pilzen. Antonio Stra-
divari kam seinerzeit die «Kleine Eiszeit» zu
Hilfe. Von 1645 bis 1715 herrschten in Mit-
teleuropa aussergewöhnlich tiefe Tempera-
turen. Lange Winter und kühle Sommer
sorgten dafür, dass die Bäume in den Südal-
pen nur langsam, dafür aber ziemlich
gleichmässig wuchsen. Was für die Vegeta-
tion schlecht ist, ist für den Geigenbauer
gut: Denn das Holz aus dieser Zeit des
«Maunder-Minimums» hat gleichmässige,
dünne Jahresringe und eine relativ geringe
Dichte. Beste Voraussetzungen für einen gu-
ten Klang.
Die erste Geige, die zum Teil aus pilzbehandeltemHolz besteht: Michael Rhonheimer Opus 53Anno 2007, Nachbau einer Stradivari von 1698.(Foto: Michael Rhonheimer)
Lebenszyklus-Beispiel: Sonnencrème mit Nano-Titandioxid
Haut Dusche Abwasserreinigung Gewässer Trinkwasser / Lebewesen
Nanopartikel in der Umwelt – eine Spurensuche
Nanopartikel sind derart klein, dass sie «natürliche» Barrieren ohne weiteresüberwinden können. So finden sie sich mittlerweile überall. Auch dort, wo sieunerwünscht sind. Doch wo suchen? Um den Analytik-Fachleuten ersteAnhaltspunkte zu liefern, in welchen Umweltproben es sich «lohnen» dürfte,nach synthetischen Nanopartikeln Ausschau zu halten, haben Empa-Umwelt-wissenschaftlerInnen erstmals systematisch mögliche «Lebensläufe» vonNanopartikeln nachgezeichnet. Am Computer simulieren sie denkbare Stoffflüsseund zeigen, wann, wo und wie rechnerisch gesehen die in Nanoproduktenenthaltenen Partikel in die Umwelt entweichen könnten.
Die Forschungsgebiete der Nano-Umweltfor-
schung und der Nano-Ökotoxikologie – also
die Erforschung des Verhaltens und der Aus-
wirkungen synthetischer Nanopartikel auf
die Umwelt – sind noch jung, vieles ist daher
noch unklar: Wie und in welchen Mengen
werden Nanopartikel aus Nanoprodukten in
die Umwelt freigesetzt? Wie hoch ist die zu
erwartende Belastung, etwa von Flüssen
oder Böden und den darin lebenden Organis-
men? Welche Analysenmethoden eignen sich
überhaupt zur Untersuchung von Umwelt-
proben auf Nanopartikel, deren Mengen in
vielen Fällen «homöopathisch» sein dürften?
Auf Deutsch: Wie finden wir die «Nano-
Stecknadel im Umwelt-Heuhaufen»?
Mensch
30 | 31
Kontakt
PD Dr. Bernd Nowackbernd.nowack@empa.ch
Dr. Ralf Kägiralf.kaegi@eawag.ch
oder werden aus den Abgasen gefiltert. Da-
gegen könnten TiO2-Nanopartikel in klei-
nen, stark mit Abwasser aus Kläranlagen be-
lasteten Fliessgewässern durchaus in grös-
seren Mengen auftreten.
Experimentell bestätigt wurden die Simula-
tionen in einem Gemeinschaftsprojekt von
Empa und dem Wasserforschungsinstitut
Eawag: Die Forscher untersuchten das Aus-
waschverhalten von Nanopartikeln aus Ge-
bäudefassaden. Dabei konnten sie erstmals
synthetische TiO2-Nanopartikel in einer
Wasserprobe aus einem Schweizer Fluss
nachweisen.
Mit Stofffluss-Modellen, die nicht mehr auf
Schätzungen basieren, sondern die Unsi-
cherheiten mathematisch korrekt mit Wahr-
scheinlichkeitsrechnungen einbinden, wol-
len die Empa-Forschenden in Zukunft Stoff-
flüsse auch für weitere Nanopartikel model-
lieren. Zinkoxid – ebenfalls in Sonnen-
crèmes verwendet und wegen seiner anti-
septischen Wirkung in medizinischen Prä-
paraten zur Haut- und Wundbehandlung
enthalten – ist ein Kandidat. Ebenso Fulle-
rene, fussballähnliche Moleküle aus Kohlen-
stoff, die in Zukunft als Halb- und Supralei-
ter in der Elektronik Verwendung finden
könnten, derzeit aber noch nicht in Produk-
ten auf dem Markt sind.
Um die virtuellen Stoffflüsse nachzuzeich-
nen, füttern die Empa-Wissenschaftler ihre
Computermodelle mit zahlreichen Daten,
etwa den weltweiten Produktionsmengen
der Partikel und deren Verwendung in ver-
schiedenen Produkten. Dazu kommen –
ganz wichtig – Informationen über die zu er-
wartenden Lebenszyklen der Nanoprodukte
– also Gebrauch, Lebensdauer sowie Art der
Weiterverwertung oder Entsorgung – und
eine (auf experimentellen Daten basieren-
de) Abschätzung darüber, wie sich die Par-
tikel verhalten und wie viele Partikel in die
Umwelt freigesetzt werden, etwa beim Ver-
brennen der entsorgten Produkte in einer
Kehrichtverbrennungsanlage (KVA) oder
beim Klären der Abwässer in einer Abwas-
serreinigungsanlage.
Aus diesen Daten ermittelt das Modell dann
die Konzentration der Nanopartikel in ver-
schiedenen Ökosystemen – in der Luft, in
Flüssen und Seen sowie im Boden. Diese
Umweltbelastung vergleichen die Empa-For-
schenden schliesslich mit Partikelkonzen-
trationen, die in toxikologischen Studien
keine negativen Auswirkungen auf Organis-
men verursacht haben. Der Vergleich liefert
einen «Risikoquotienten» für die untersuch-
ten Partikel in den jeweiligen Ökosystemen.
Die Suche in der RealitätDabei zeigte sich: Die modellierten Risiken
für die verschiedenen Nanopartikel unter-
scheiden sich deutlich. So stellen etwa CNT
derzeit kein relevantes Umweltrisiko dar.
Produkte mit CNT werden entweder rezy-
kliert oder enden in einer KVA. Dort ver-
brennen die Nanoröhrchen zum grossen Teil
Stoffflüsse für Nanopartikel modellierenForscherInnen der Abteilung «Technologie
und Gesellschaft» liefern nun erste Hinweise,
wo es sich lohnt, nach synthetischen Nano-
partikeln zu suchen. Die Anhaltspunkte lie-
fern Computersimulationen von Stoffflüssen
für verschiedene Nanopartikel, genauer für
Nano-Silber, Nano-Titandioxid (TiO2) und
Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT, engl. carbon
nanotubes). Nano-Silber wird aufgrund sei-
ner antimikrobiellen Eigenschaften etwa in
der Textilindustrie eingesetzt; Nano-TiO2 fin-
det vor allem in Sonnencrèmes, aber auch in
Anstrichen Verwendung, CNT schliesslich
sind vor allem in der Elektronik- und Poly-
merindustrie nützlich.
Impfstoff aus dem Bioreaktor
Impfstoffe sind die wirksamste Waffe im Kampf gegen Infektionskrankheiten,in der industrialisierten Welt wie auch in den Entwicklungsländern. Dochnicht nur die Entwicklung, sondern auch die Herstellung ausreichender Mengenvon kostengünstigen Vakzinen stellt die Forschung vor Herausforderungen.Zusammen mit dem ETH-Spin-Off GlycoVaxyn AG konnten Forschende derAbteilung «Biomaterials» ein neues Verfahren etablieren, das die Ausbeute anImpfstoff im Vergleich zur bislang üblichen Methode um das 50fache steigert.
Die neue Methode liefert so genannte kon-
jugierte Impfstoffe: Bei diesen werden Anti-
gene in Form von Zuckerketten (Oligo-
saccharide) an Trägerproteine gekoppelt,
ein Prozess, der als Glykosylierung bezeich-
net wird. Bereits erhältliche konjugierte
Vakzine gehören zu den wirksamsten und
sichersten vorbeugenden Massnahmen ge-
gen gefährliche Bakterien wie Hameophilus
influenzæ. Eine Impfung von Kleinkindern
gegen diesen Erreger wird empfohlen, da er
schwere Erkrankungen im Nasen-Rachen-
raum und potenziell tödlich verlaufende
Hirnhautentzündungen verursachen kann.
Design-Bakterien stattchemischem ProzessDie Oligosaccharid-Antigene können entwe-
der durch einen chemischen Prozess an das
Trägerprotein gebunden werden. Eleganter
ist es aber, diese Aufgabe speziell designten,
ungiftigen Escherichia coli-Zellen zu über-
lassen, Bakterien also, die normalerweise
im Darm vorkommen. Dafür hat GlycoVax-
yn ein auf Enzymen basierendes in vivo-Ver-
fahren entwickelt. Die Coli-Bakterien wur-
den genetisch so verändert, dass sie be-
stimmte Proteine glykosylieren. Dabei ergab
sich allerdings ein Problem: Der herkömmli-
che Prozess für die Herstellung eines konju-
gierten Vakzins gegen einen Durchfallerreger
erzeugte nicht genügend Impfstoff für dessen
wirtschaftlichen Einsatz. Gefragt war also ein
Bioprozess, der einen höheren Vakzinertrag
bringt. Die Abteilung «Biomaterials» der Empa,
die über das nötige Know-how und die Biore-
aktoren verfügt, übernahm die Aufgabe, die
Ausbeute zu steigern.
Empa-ForscherInnen ist es gelungen, die neue Methode zur Impfstoff-Produktionin einen Bioreaktor zu übertragen.
32 | 33
Von der Zellkultur zum BioreaktorEine sehr komplexe Angelegenheit: Denn
beim Übergang von einfachen Zellkulturen
mit einer relativ geringen Zahl von Bakterien
pro Volumen zu Prozessen in Bioreaktoren
mit hoher Zelldichte sind so viele Faktoren zu
beachten, dass das Ergebnis nur schwer vor-
herzusehen ist. Die Empa-ForscherInnen fan-
den heraus, dass die Bildung der «Glykokon-
jugate», also des Impfstoffs, von der Art der
Nährlösung sowie von der Steuerung des
Prozessverlaufs beeinflusst wird. Mehrere
Prozessabläufe wurden erprobt. Dabei er-
wies sich eine semi-kontinuierliche Betriebs-
strategie mit schubweiser Zugabe von Glyce-
rol als Hauptnährstoff als die beste.
Deutlich erhöhter VakzinertragDer neuartige Bioprozess erbrachte im Ver-
gleich zum bisherigen Schüttelkolbenver-
fahren eine 40fache Erhöhung der Biomas-
se-Konzentration. Gleichzeitig stellte jede
einzelne Bakterienzelle im Schnitt sogar et-
was mehr Vakzin her. Daher stieg der Ertrag
an gereinigtem konjugiertem Impfstoff von
0,6 auf mehr als 30 Milligramm pro Liter
Kulturflüssigkeit, eine Erhöhung um den
Faktor 50. Dieses Verfahren kann auch zur
Herstellung anderer konjugierter Impfstoffe
eingesetzt werden. Die Zusammenarbeit mit
GlycoVaxyn soll im Rahmen eines Projektes
der Förderagentur für Innovation (KTI) wei-
tergeführt werden.
Kontakt
Dr. Julian Ihssenjulian.ihssen@empa.ch
Wachstum von Vakzinproduzierenden Escherichiacoli-Bakterien im Bioreaktormit der optimiertenKultivierungsmethode.0
20
40
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0 4 8 12 16 20 24 28Zeit [h]
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Beginn derVakzinbildung
Der Impfstoff-Ertrag konnte um den Faktor 50 gesteigert werden. (Foto: iStock)
Revolutionärer 100-Dollar-LaptopAndere Länder wie Uruguay und Ruanda set-
zen auf den «100-Dollar-Laptop» namens XO,
den ersten speziell für die Bedürfnisse von
SchülerInnen in Entwicklungsländern konzi-
pierten Computer. Genau genommen kostet
er 188 US-Dollar; der Name war eine Art Ziel-
vorgabe seiner «Erfinder», die MIT-Forscher
Nicholas Negroponte und Marie Lou Jepsen.
Heute vertreibt die Stiftung «One Laptop Per
Child» (OLPC) den Computer weltweit.
Der XO gilt als kleine Revolution im ICT-Sek-
tor. So enthält er im Gegensatz zu herkömm-
lichen Computern praktisch keine toxischen
Stoffe mehr, lässt sich also problemlos ent-
sorgen. Auch im Energieverbrauch ist der
XO ein Vorreiter, braucht er doch nur rund
zehn Prozent der Energie eines Standard-
Laptops. Und – last but not least: Der XO-
Bildschirm funktioniert selbst bei gleissen-
dem Sonnenlicht tadellos, und der Computer
vernetzt sich automatisch mit Nachbargerä-
ten, wodurch über diese zum Beispiel auf das
Internet zugegriffen werden kann.
«Internet für alle!» lautet eine Forderung in der Bildungspolitik, besondersin Schwellen- und Entwicklungsländer, in denen nur eine MinderheitZugang zu Computern hat. Doch wie lässt sich der digitale Graben überbrücken,so dass der Nutzen für die Gesellschaft möglichst gross, die Belastungfür die Umwelt dagegen möglichst gering ausfällt? Ist der innovative 100-Dollar-Laptop «XO» oder ein zweitverwerteter Alt-Computer besser? Eine Empa-Ökobilanzstudie liefert Antworten.
Der «digitale Graben» wird immer tiefer.
Während Internet und andere Informations-
und Kommunikationstechnologien (ICT) die
Industriestaaten immer enger zusammen-
wachsen lassen, ist ein Grossteil der Weltbe-
völkerung von dieser Entwicklung abgekop-
pelt – mit gravierenden Konsequenzen: Nur
wer modernste ICT nutzen kann, hat Chan-
cen, wirtschaftlich und sozial aufzusteigen.
Um den ICT-Zugang zu verbessern, rüsten
viele Schwellen- und Entwicklungsländer
digital auf. Die kolumbianische Regierung
lancierte beispielsweise im Jahr 2000 das
Programm «Computadores para Educar»
(CPE; Computer für Bildung). Ziel ist es, ge-
brauchte Computer, Bildschirme und Zube-
hör technisch aufzubereiten, um sie dann
kostengünstig an Bildungseinrichtungen zu
verteilen. Seither hat CPE rund 12750 Schu-
len mit 167 000 Second Hand-Computern
ausgerüstet, die in Kolumbien gesammelt
und in fünf eigens eingerichteten Zentren
wieder instandgesetzt wurden.
Second Hand ist nachhaltigerWas ist nun nachhaltiger, wenn der gesamte
Lebenszyklus der Produkte sowie sozioöko-
nomische Faktoren wie die Schaffung von
lokalen Arbeitsplätzen oder der Ausbil-
dungsaspekt mitberücksichtigt werden: das
technische Wunderding XO oder ein neu
aufbereiteter Second Hand-Computer? Um
dies zu beantworten, verglichen Empa-For-
scher der Abteilung «Technologie und Ge-
sellschaft» drei Szenarien: den XO, vollstän-
dig in Kolumbien wieder instand gesetzte
Second Hand-Computer und im Ausland
aufgerüstete, importierte Alt-Computer.
In die Analyse flossen zahlreiche Faktoren
ein: Preis samt Unterhaltskosten, techni-
scher Standard der Geräte, Beteiligung der
örtlichen Wirtschaft, Energie-, Material-
und Wasserverbrauch bei Herstellung und
Gebrauch, Umweltbelastung etwa durch to-
xische Emissionen. Die Kriterien wurden
durch Expertengespräche vor Ort gewichtet
und in einen Gesamtnutzwert umgerechnet.
Nachhaltig über den «digitalen Graben»
Piopipüi
34 | 35
Kontakt
Heinz Böniheinz.boeni@empa.ch
Vorreiter KolumbienFazit der Studie: Die Instandsetzung von Se-
cond Hand-Computern in Kolumbien ist die
insgesamt nachhaltigste Lösung – obwohl
die Kosten pro Gerät höher und der techni-
sche Standard dabei niedriger sind. Sollen
es dagegen möglichst billige, technisch fort-
schrittliche Computer sein, schneidet der
XO am besten ab, der auch mit Abstand am
wenigsten Energie verbraucht und somit
umweltfreundlich arbeitet. Die Umweltbe-
lastung durch die Herstellung neuer Geräte
überwiegt jedoch hierbei deutlich, was zu
einer negativen Gesamtökobilanz führt.
Und auch der lokale Arbeitsmarkt profitiert
kaum vom XO.
Das wurde bereits in Kolumbien erkannt, dem
Land mit dem grössten Wiederverwertungs-
programm für Computer in ganz Lateiname-
rika. Die kolumbianische Regierung hat das
ehrgeizige Ziel, bis 2010 die Anzahl SchülerIn-
nen, die sich einen Rechner teilen müssen,
von derzeit rund 40 auf 20 zu halbieren. Da-
her ist CPE auf «ausländische» Computer an-
gewiesen. Am nachhaltigsten wäre es gemäss
Empa-Studie, zunächst auf im Ausland aufbe-
reitete Second Hand-Computer zurückzugrei-
fen. Aber auch anderen Schwellen- und Ent-
wicklungsländern steht die Empa-Lebenszy-
klusanalyse zur Verfügung, um die für sie
sinnvollste Lösung zu finden, den digitalen
Graben zu überbrücken.
Funktionstest von instandgestellten Computern in Bogotá: Diese werden auf Herz und Nierengeprüft, bevor sie für vier bis fünf Jahre in verschiedenen Schulen Kolumbiens weiter genutzt werden.Nicht mehr funktionstüchtige Computer – ein beträchtlicher Teil des e-Waste-Berges – werdenzurückgenommen. Seit 2007 zerlegt das «Centro Nacional de Aprovechamiento do ResiduosElectrónicos» (CENARE) in Bogotá diese manuell und führt die Bestandteile dem lokalen Recyclingbeziehungsweise ausländischen Schmelzwerken zu. Einige Komponenten finden im «Robotic»-Aus-bildungsprogramm Verwendung, durch das die kolumbianische Regierung versucht, das Interesse vonSchülern und Studenten an Elektrotechnik und Technologie allgemein zu wecken. (Foto: CENARE)
Billig – und trotzdem chic:Der neue XO-Laptopsoll für SchülerInnen inSchwellen- und Ent-wicklungsländern eineBrücke über den digitalenGraben schlagen.(Foto: Mike McGregor)
Mit Sonnenlicht und PET-Flaschen gegen Krankheitskeime
Eine leicht zu handhabende Methode garantiert Millionen von Menschenin Entwicklungsländern sauberes Trinkwasser: Wasser wird in farblosePET-Flaschen gefüllt und diese in die pralle Sonne gelegt. UV-A-Strahlungund Wärme töten allfällige Durchfallerreger zuverlässig ab. Die Empabestätigte in einer Studie, dass der Kunststoff keine gesundheits-schädigenden Chemikalien abgibt – selbst wenn PET-Flaschen währendlängerer Zeit zur Trinkwasseraufbereitung benutzt werden.
Das Prinzip von SODIS («Solar Water Disin-
fection») ist verblüffend einfach: Mit Viren
und Bakterien verunreinigtes Wasser wird in
ausrangierte Flaschen aus farblosem PET ge-
füllt und für mindestens sechs Stunden in die
pralle Sonne gelegt. Durchfallerreger werden
durch die UV-A-Strahlen des Sonnenlichts
und die Wärme abgetötet. So lässt sich für
den Eigenverbrauch problemlos Trinkwasser
aufbereiten. Die 2001 an der Eawag entwi-
ckelte Methode wird bereits in über 30 Län-
dern von rund zwei Millionen Menschen ge-
nutzt. Wie Untersuchungen zeigen, gibt es in
den Testgebieten deutlich weniger Durchfall-
erkrankungen, wie zum Beispiel Cholera
oder Salmonelleninfektionen.
Weichmacher aus PET-Flaschenim Wasser?Beim Abkochen von Wasser, der weit ver-
breiteten und ebenfalls sehr effektiven Me-
thode zur Trinkwasseraufbereitung, ist die
Beschaffung des Brennmaterials oft mit
grossem Aufwand verbunden. Für die SODIS-
Methode sind lediglich (gebrauchte) PET-
Flaschen nötig. Doch wie steht es um die
Qualität des Trinkwassers, wenn die PET-
Flaschen häufig verwendet werden? Zahlrei-
che Studien haben bereits gezeigt, dass kei-
ne kritischen Mengen an gesundheitsschä-
digenden Stoffen aus dem PET-Material in
die Getränke gelangen. Eine kürzlich publi-
zierte Untersuchung aus den USA, die in
Fachkreisen umstritten ist, in der Öffentlich-
keit allerdings einige Beachtung fand, hat
eine gesundheitlich bedenkliche Menge der
Weichmachersubstanz Diethylhexyladipat
(DEHA) nachgewiesen. Ist nun zu befürch-
ten, dass nach häufiger Reinigung – etwa
durch Sand – grössere Mengen an krankma-
chenden Substanzen von den rauen Innen-
wänden der Flaschen ins Trinkwasser gelan-
gen können?
Auf dem Dach der Empa wurden die PET-Flaschen der Sonne ausgesetzt undauf äquatornahe Temperaturen erhitzt.
Die SODIS-Trinkwasseraufbereitung ist auch fürden Alltag in Togo geeignet. Gebraucht werdennur PET-Flaschen und genügend Sonnenlicht,um die Bakterien abzutöten.
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In einer Studie gingen WissenschaftlerInnen
der Empa und des Wasserforschungsinsti-
tuts Eawag der Frage nach, welche organi-
schen Stoffe vom PET-Material ans Wasser
abgegeben werden, und ob davon tatsäch-
lich eine Gesundheitsgefährdung oder gar
ein Krebsrisiko ausgeht. Besonderes Augen-
merk richteten die Forschenden auf die Sub-
stanzen Diethylhexyladipat (DEHA) und
Diethylhexylphthalat (DEHP), Weichmacher,
die im Kunststoff PVC verwendet werden.
Für das Flaschenmaterial PET werden keine
Weichmacher verwendet. Das schliesst aber
nicht aus, dass Spuren von Weichmachern in
die PET-Flaschen gelangen, sei es bei der Her-
stellung der Flaschen oder beim Abfüllen von
Getränken.
Einfache Untersuchung mitgrossem Nutzen für vieleFür die Untersuchung wurden PET-Flaschen
verwendet, die während sechs Monaten in
Honduras und Nepal zur Wasseraufberei-
tung mit der SODIS-Methode im Einsatz wa-
ren. Zum Vergleich wurden auch PET-Ge-
tränkeflaschen schweizerischer Herkunft
untersucht. Die Flaschen, gefüllt mit reinem
Wasser, wurden auf einem Flachdach der
Empa in Dübendorf zwei Tage lang der Son-
ne ausgesetzt. Einige wurden zusätzlich in
einem Wasserbad auf 60 Grad Celsius aufge -
heizt, um damit die Bedingungen der Son-
neneinstrahlung zu simulieren, wie sie in
Ländern nahe am Äquator vorherrschen.
Die Chemiker fanden in der Wasseranalyse
tatsächlich Weichmacher, allerdings in äus-
serst geringen Mengen. Ihre Konzentratio-
nen liegen weit unter den Grenzwerten für
Trinkwasser der Weltgesundheitsorganisa -
ti on (WHO, engl. World Health Organiza -
tion): bei DEHA fast 2000fach tiefer, bei
DEHP rund 10fach darunter. Mit diesen Spu-
renkonzentrationen ist kein Krebsrisiko ver-
bunden. Die simple, aber effiziente Ver-
suchsanordnung der Empa und die Erkennt-
nisse liefern unzähligen Menschen die Ge-
wissheit, mit SODIS eine sichere Aufberei-
tungsmethode für ihr tägliches Trinkwasser
anzuwenden.
Kontakt
Dr. Peter Schmidpeter.schmid@empa.ch
Dr. Regula Meierhoferregula.meierhofer@eawag.ch
Fast wie ein «Geschenk des Himmels» fürdie Menschen in Entwicklungsländernwie etwa Kenia, Senegal, Togo und Nepal:Die leicht zu handhabende SODIS-Methode («Solar Water Disinfection»)der Trinkwasseraufbereitung mit Hilfevon gebrauchten PET-Flaschen schützt vorschweren Durchfallerkrankungen.
An einer Schule in Nepal gehört es zum Alltag, dass die Kinder sich mit dem durch die SODIS-Methode gewonnenen Trinkwasser verköstigen.
Metallhydride als «Wasserstoff-Tank»
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. In vielen Städten Europas fahrenbereits Busse mit Wasserstoff und in der Schweiz wischt ab Mai 2009 dieerste wasserstoffbetriebene Kehrmaschine ein einigen Städten die Strassen(siehe Seite 40/41). Bei der Speicherung des Treibstoffes ist Empa-Forschernim Labor ein aussichtsreicher Durchbruch gelungen.
Kandidaten ist Lithiumborhydrid LiBH4, ein
komplexes Hydrid, das aus Lithium, Bor
und Wasserstoff besteht. Sein Vorteil: Es
verfügt über eine besonders grosse «gravi-
metrische Wasserstoff-Speicherkapazität»,
kann also besonders viel dieses Energieträ-
gers binden.
Trotz aller Erfolge bei wasserstoffbetriebe-
nen Fahrzeugen bereitet die Speicherung
des gasförmigen Treibstoffs noch immer
Kopfzerbrechen: Als Tank dienen entweder
Gasflaschen, in denen ein Druck bis zu 800
bar herrscht. Oder die Fahrzeuge tanken
flüssigen Wasserstoff – der allerdings auf
unter –253 Grad Celsius abgekühlt werden
muss.
Chemiker kennen noch eine dritte, elegante
Möglichkeit: Schon seit dem 18. Jahrhun-
dert ist bekannt, dass bestimmte Metalle
grosse Mengen an Wasserstoff aufsaugen
wie ein Schwamm, ihn aber auch reversibel
wieder abgeben können. Und das bei Umge-
bungsdruck und -temperaturen. Diese so ge-
nannten Metallhydride wären also der idea-
le «Tank» für Wasserstoff.
Suche nach leichten MetallenDie Idee scheiterte bislang an zwei Proble-
men. Geeignete Metalllegierungen wie Lan-
than-Nickel LaNi5 sind viel zu schwer und
ausserdem zu teuer, um sie als Wasserstoff-
speicher in Fahrzeuge einzubauen. Deswe-
gen suchen Wissenschaftler nach leichten
Metallen, die in genügenden Mengen zur
Verfügung stehen und sich als «Wasserstoff-
Tank» eignen. Einer der interessantesten
Mit einer neuen Methode,Lithiumborhydrid (LiBH4)auch bei Normaldruckund einer relativ tiefenTemperatur herzustellen,ist Empa-Wissenschaftlernein Durchbruch auf demWeg zum Feststoff-Wasser-stoff-Speicher gelungen.
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Kontakt
Prof. Dr. Andreas Züttelandreas.zuettel@empa.ch
3/2 H2 + B + LiH
1/2 B2H6 + LiH
LiBH4
LiBH4
p > 180 bar, T >> 450°C
p ~ 1 bar, T > 120°C
Bildung von LiBH4
Herstellung bei NormaldruckBislang liess sich dieses Hydrid allerdings nur
mit Hilfe teurer und schädlicher Lösungsmit-
tel synthetisieren. Mit einer neuen Methode,
LiBH4 herzustellen, ist Empa-Wissenschaft-
lern ein Durchbruch auf dem Weg zum Fest-
stoff-Wasserstoff-Speicher gelungen. In einem
ersten Schritt gelang es den Forschern der Ab-
teilung «Wasserstoff & Energie», LiBH4 direkt
aus den Elementen Lithium, Bor und Wasser-
stoff bei 150 bar zu synthetisieren. Verwende-
ten sie Borhydride, gelang ihnen die Syntheti-
sierung sogar ohne Überdruck und bei mode-
raten 120 Grad Celsius. LiBH4 bildete sich da-
bei nicht nur an der Oberfläche, der Wasser-
stoff drang auch tief in das Material ein. Damit
widerlegten die Empa-Forscher ganz nebenbei
die Lehrmeinung, nach der Bor und Wasser-
stoff nur in flüssigen Medien oder bei extrem
hohen Temperaturen miteinander chemisch
reagieren.
Doch noch ist das Ziel, die Reaktion unter
Raumbedingungen vonstatten gehen zu las-
sen, nicht ganz erreicht. Die Empa-Wissen-
schaftler sind derzeit daran, einen Katalysa-
tor ausfindig zu machen, der die Bildung
von LiBH4 beschleunigt. Zudem wollen die
Wasserstoff-Fachleute unter anderem er-
gründen, ob sich die Synthesemethode auch
für andere komplexe Hydride eignet.
Mit einer Brennstoffzelleausgerüstetes Kanalboot,entstanden in einerZusammenarbeit von Empaund Universität Birmingham.Dessen Speicher fassen5.5 Kilogramm Wasserstoffbei Normaldruck.
Der im Kanalbooteingesetzte Speichermit 10 Einheitenund insgesamt 250 Kilo-gramm Metallhydrid.
hy.muve – mit Wasserstoffantrieb auf die Strasse
Die Empa, das Paul Scherrer Institut (PSI) und weitere Partner ausIndustrie und Forschung arbeiten intensiv an einem wasserstoff-betriebenen Kehrfahrzeug für Städte und Kommunen.2009 wird hy.muve – so heisst das Gefährt – in Basel, St.Gallenund weiteren Städten in der Praxis getestet. Der Einsatz soll unteranderem die Alltagstauglichkeit der neuen Antriebstechnologieuntersuchen und deren Vorteile bekannter machen.
Mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen
sind seit längerem als mögliche Antriebs-
quelle für die Mobilität der Zukunft im Ge-
spräch. Die Kombination von nachhaltig her-
gestelltem Wasserstoff und einem Elektroan-
trieb mit hohem Wirkungsgrad ist verlo-
ckend, technisch jedoch anspruchsvoll und
betriebstechnisch mit erheblichen Umstel-
lungen verbunden, etwa bei der Betankung.
Kehrfahrzeuge als «Marktöffner» fürden WasserstoffantriebDaher spielen bei der Markteinführung des
Wasserstoffantriebs geeignete Anwen-
dungsgebiete eine wichtige Rolle. Im Projekt
hy.muve (für «hydrogen-driven municipal
vehicle») entwickeln die Empa und das Paul
Scherrer Institut (PSI) gemeinsam mit wei-
teren Partnern ein kompaktes Kehrfahrzeug
mit Wasserstoffantrieb für die Reinigung
von Strassen und Plätzen. Das Fahrzeug
wird im Laufe des Jahres 2009 in Basel und
Projektfahrzeug Bucher Schörling City Cat H2.
40 | 41
Kontakt
Christian Bachchhristian.bach@empa.ch
Herkömmliche Kehrfahrzeuge sind in der
Regel mit einem Dieselmotor ausgerüstet,
der die Antriebskraft über einen Hydraulik-
antrieb an den Fahrantrieb und die Neben-
antriebe für Bürsten, Sauger und Lenkung
verteilt. Sie bewegen sich auf zwei unter-
schiedliche Arten: hochlastig für die Fahrt
vom Depot zum Einsatzgebiet und zurück,
niedriglastig für die Reinigungsfahrt.
Um verschiedene Antriebskonzepte mitei-
nander vergleichen und die einzelnen Kom-
ponenten optimieren zu können, haben die
Empa-Forscher der Abteilung «Verbren-
nungsmotoren» den typischen Einsatz eines
Kehrfahrzeugs mit Hilfe eines so genannten
Längsdynamikmodells am Computer simu-
liert. Die Berechnungen wurden für die Op-
timierung des Antriebskonzepts sowie für
die Spezifizierung der Bauteile verwendet.
Das wasserstoffbetriebene Fahrzeug ver-
braucht – trotz Mehrgewicht – erheblich we-
niger Energie als das herkömmliche Diesel-
fahrzeug.
Reinigung und Forschung gleichzeitigNeben seiner eigentlichen Aufgabe, der
Strassenreinigung, dient das Fahrzeug wäh-
rend der 18-monatigen Praxiserprobung
aber auch als Forschungsobjekt. Zum einen
wird die Antriebstechnologie beziehungs-
weise die durch den Betrieb resultierende
Bauteilalterung untersucht. Zum anderen
wird der Einsatz des Fahrzeugs sozioökono-
misch analysiert. Dabei geht es um Fragen
zur gesellschaftlichen Akzeptanz von Was-
serstoff als Treibstoff sowie um wirtschaftli-
che Aspekte.
Das Projekt hy.muve wird vom Kompetenz-
zentrum für Energie und Mobilität (CCEM)
des ETH-Bereichs, dem Bundesamt für Ener-
gie (BFE), den Pilotregionen und Projektpart-
nern finanziert; beteiligt sind neben der Empa
und dem PSI der Kommunalfahrzeughersteller
Bucher Schörling, der Brennstoffzellen-Sys-
temanbieter Proton Motor Fuel Cell GmbH,
der Elektroantriebshersteller Brusa Elektro-
nik AG, der Wasserstofftankstellenhersteller
und Wasserstoffanbieter Messer Schweiz AG
und Energie- und Umweltfachstellen des
Kantons Basel Stadt und der Stadt St. Gallen
sowie Novatlantis – Nachhaltigkeit im ETH-
Bereich.
St. Gallen sowie in weiteren Schweizer Städ-
ten erprobt. Ziel ist, die neue Technologie in
der Praxis «erfahrbar» zu machen und
gleichzeitig Erfahrungen mit Tankstellen für
Wasserstoff zu sammeln. Wasserstoffbetrie-
bene Kommunalfahrzeuge haben den Vor-
teil, dass sie bereits mit einer einzigen Tank-
stelle sinnvoll eingesetzt werden können,
also ohne verbreitetes Tankstellennetz, da
Kommunalfahrzeuge nur im Nahbereich un-
terwegs sind.
hy.muve auf dem Prüfstandim Motorenlabor der Empa.
Wenn die Räder nicht mehr greifen können: Gefährliche Anreisefür die Luft- und KlimaforscherInnen am Mount Kenya.
Luftmessstation für die Troposphäre
Die in einem Frachtcontainer auf dem Mount Kenya untergebrachte Luft-messstation vermittelt den Luft- und KlimaforscherInnen weltweitInformationen darüber, was sich in der Atmosphäre der Tropen abspielt,und wie diese Vorgänge das globale Klima beeinflussen. Empa-Forscherbesuchen und warten die einzigartig gelegene Messstation regelmässig.
arm ist, können atmosphärische Parameter
«ohne direkte Beeinflussung» gemessen wer-
den: Beispielsweise Kohlenmonoxid (CO)
und Ozon, zwei der wichtigsten Spieler im
photochemischen System der Troposphäre,
der untersten Schicht der Atmosphäre.
Gewichtiger Einfluss derAtmosphäre der TropenDie Troposphäre – eine Art grosser chemi-
scher Reaktor – «verarbeitet» unter Einwir-
kung der Sonnenstrahlen Unmengen von
Spurengasen und Schwebeteilchen in der
Luft. CO gilt in diesem Zusammenhang als
guter Indikator für die Konzentration der so
genannten Hydroxylradikale. Diese OH-Radi-
kale sind das «Waschmittel der Atmosphäre»
und entfernen Luftfremdstoffe und Treib-
hausgase wie Methan. Steigt der CO-Gehalt
Alle zwei bis drei Jahre arbeiten Empa-For-
scher in der während Monsunperioden nur
schwer zugänglichen Messstation auf dem
Mount Kenya (3678 m ü.M.); sie kalibrieren,
reparieren und ersetzen Messgeräte, Leitun-
gen und anderes mehr. Gleichzeitig bilden
sie die dort arbeitenden Meteorologen aus
und unterstützen sie wissenschaftlich.
Die Luftmessstation im tropischen Hochge-
birgsklima wurde 1999 auf Initiative der
«World Meteorologial Organization» (WMO)
und der Weltbank eingerichtet und wird seit
2002 von der Empa begleitet – finanziell un-
terstützt durch MeteoSchweiz. Durchge-
führt werden in der Station des «Global At-
mosphere Watch» (GAW; siehe Kasten) so
genannte Hintergrundmessungen. An einem
Ort ohne lokale Emissionen durch Industrie-
betriebe, an dem die Luft relativ schadstoff-
in der Luft, sinkt der Gehalt der OH-Radika-
le, klimarelevante Spurengase können sich
in der Atmosphäre anreichern.
So etwa bei grossflächigen Bränden: Durch
die CO-Messungen ist zu sehen, was die
afrikanischen Wald- und Steppenbrände an-
richten. Oft hat die Verbrennung von Bio-
masse einen natürlichen Ursprung; aber zu
einem grossen Teil sind auch Menschen die
Verursacher. Sie verwenden Biomasse als
Brennstoff, verbrennen landwirtschaftlichen
Abfall oder stellen grossflächige Brandrodun-
gen an. Kombinieren die Forscher die gesam-
melten Messdaten mit meteorologischen Mo-
dellen der Luftmassenbewegungen, können
sie die Luftschadstoffe zu ihren Quellen zu-
rückverfolgen. Und die liegen im Fall der Sta-
tion Mount Kenya im Savannengürtel des
südlichen und nördlichen Afrika.
Die Luftmessstation Mount Kenya liegt 15 Kilometersüdlich des Äquators auf 3678 Meter Meereshöhe.
Piopipüi
42 | 43
Kontakt
Dr. Stephan Hennestephan.henne@empa.ch
Kontinuierliche Messungen fürVerständnis der Zusammenhänge Das Verbrennen von Biomasse generiert in-
direkt – durch die Reaktion von flüchtigen
Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von
Stickoxiden – auch Ozon. Ozon, das in der
Stratosphäre auf 20 bis 40 Kilometer Höhe
die Erde vor UV-Strahlen schützt, ist in bo-
dennahen Schichten schädlich. Es reizt Au-
gen und Atemwege und schwächt Pflanzen.
Grössere Ozonbelastungen können sich auf
die Erträge der Landwirtschaft auswirken
und sogar Ernteausfälle verursachen. Fatal
für ein Land wie Kenia, das überwiegend
Agrarland ist. Ein vertieftes Verständnis für
diese komplexen Zusammenhänge lässt sich
nur durch zeitgleiche und möglichst konti-
nuierliche Messungen von Ozonvorläufer-
substanzen erreichen.
Die Tropen beeinflussen die globale Atmo-
sphärenchemie erheblich. 70 Prozent des
Ozons, das durch afrikanische Emissionen
erzeugt wird, findet sich letztlich ausserhalb
des Kontinents wieder: Ein Grund mehr, re-
gionale Verhältnisse sehr genau – und kon-
tinuierlich – unter die Lupe zu nehmen und
ihre globalen Auswirkungen zu verstehen.
Was ist GAW?
«Global Atmosphere Watch» (GAW) ist ein interna-
tionales Programm zur Atmosphärenbeobachtung.
Es wird von der «World Meteorologial Organiza-
tion» (WMO) koordiniert und liefert Daten, die
dann unter anderem vom Weltklimarat IPCC
(Intergovernmental Panel on Climate Change) für
dessen Klimaprognosen verwendet werden.
Die Empa unterstützt das Programm in verschie-
dener Hinsicht: Die von der hochalpinen
Forschungsstation Jungfraujoch, eine der 26 glo-
balen GAW-Stationen, seit Jahren gelieferten
Daten über gas- und partikelförmige Schadstoffe
in der klaren Luft weit über dem Schweizer Mittel-
land werden von ihr ausgewertet. Sie leistet
auch einen wichtigen Beitrag im Bereich Wissens-
transfer in Schwellen- und Entwicklungsländern
und trägt so massgeblich bei zum Erfolg der
Stationen in Assekrem (Algerien), Bukit Koto
Tabang (Indonesien) und auf dem Mount Kenya.
Die potenziellenHerkunftsregionender Luft, die an derStation Mount Kenyagemessen werden.
Aktive Feuer, wie sie vom satellitengestütztenInstrument MODIS gesehen werden, sind in Rot und Gelb(für geringe Branddichte) wiedergegeben. Die Linienstellen dar, wie sich die Luftmassen während derausgedehnten Brände im Februar 2004 bewegt haben.
Chemische Prozesse im Diesel-Partikelfilter
Partikelfilter für Dieselmotoren sind äusserst effizient, wenn es darum geht,Russteilchen aus Dieselabgasen zu filtern. In einem mit Russ gefülltenFilter laufen aber auch chemische Reaktionen ab. Welche, ist nochweitgehend unbekannt. Ein Empa-Forschungsteam kann jetzt beantworten,ob in katalytischen Partikelfiltern Krebs erregende oder das Erbgutschädigende Substanzen abgebaut werden oder gar neu entstehen.
uns vor Augen führen, dass einige aromati-
sche Kohlenwasserstoffe (PAHs), die im Die-
selabgas vorkommen, unser Erbgut schädi-
gen oder als Krebs erregend gelten.
Ein interdisziplinäres Team der Empa ist der
Frage nachgegangen, welchen Einfluss die
chemischen Prozesse der katalytischen
Russzersetzung in Partikelfiltern auf die Re-
duktion oder Neubildung giftiger Spuren-
stoffe ausüben. Chemiker, Biologinnen, In-
genieure und Umweltwissenschaftlerinnen
haben sich zusammengetan, um Nutzen und
Risiken verschiedener Filtertechnologien
umfassend zu analysieren. Denn die Ent-
scheidung für oder gegen bestimmte Filter-
technologien hängt ganz wesentlich davon
ab, welche toxischen Stoffe beim Russabbau
entfernt werden oder gar neu entstehen.
Die Empa-ForscherInnen konnten beweisen,
dass je nach Katalysatormaterial eine Neu-
bildung toxischer Sekundärschadstoffe
grundsätzlich möglich ist. So können in ge-
wissen Filtersystemen sich Nitroaromaten
bilden oder polychlorierte Dibenzo-dioxine
und -furane (PCDD/F) entstehen. Das kata-
lytisch aktive Metall spielt bei diesen Prozes-
sen eine wesentliche Rolle.
Partikelfilter sind die derzeit wirksamste
Methode, um Dieselabgase zu entgiften: Sie
sollen in erster Linie die nanometerkleinen
Russpartikel aus dem Abgas von Personen-
und Lastwagen, Lokomotiven, Traktoren,
Schiffen und Baumaschinen entfernen. Die-
ses Ziel erreichen moderne Partikelfilter
sehr effizient: Sie scheiden mehr als 99 Pro-
zent der Russpartikel ab und reduzieren so
die gefürchtete Feinstaubbelastung. Die che-
mischen Prozesse, die im Partikelfilter statt-
finden, bergen dagegen noch viele offene
Fragen.
Neue Schadstoffe im Filter?So war bis vor kurzem unklar, was mit gas-
förmigen Verbindungen geschieht. Prinzi-
piell können sie den Filter passieren. Doch
sie reagieren auch mit der Katalysatorober-
fläche des Filters. Werden Schadstoffe dabei
abgebaut oder entstehen gar neue? Die Re-
levanz dieser Frage wird deutlich, wenn wir
Baufahrzeuge ohne Partikelfilter – hier in Los Angeles –stossen viel Russ aus. Dieses Problem stellt sich auch inden extrem langen Tunnels der NEAT-Alpenquerungenund gab den Ausschlag für die Empa-Forschungsarbeit.
Piopipüi
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Kontakt
Dr. Norbert V. Heebnorbert.heeb@empa.ch
Effiziente Filter ohne NebenwirkungenSoweit die schlechte Nachricht. Die gute
Nachricht lautet jedoch: Viele Filtersysteme
arbeiten so, dass diese Risiken minimal
sind. Mehr noch: katalytische Filtersysteme
können Erbgut schädigende und Krebs erre-
gende Stoffe sogar abbauen. So werden
nicht nur die Russpartikel aus dem Diesel-
abgas entfernt, sondern dieses wird auch
wesentlich entgiftet.
Dieselruss-Partikelfiltereines Baufahrzeugsauf der Baustelle zumZürcher Uetliberg-Tunnel.
Da die Untersuchungen in Zusammenarbeit
mit Filter- und Katalysatorherstellern erfol-
gen, fliessen die Forschungsergebnisse der
Empa direkt in die technologische Weiter-
entwicklung ein und führen so zu effizien-
teren Partikelfiltern «ohne Nebenwirkun-
gen».
Sowohl im Inland als auch international
stiess die Arbeit der Empa-Forschungsgrup-
pe auf grosse Beachtung. Wesentliche Teile
des inzwischen auch international akzep-
tierten VERT-Eignungstests (VERT = Ver-
minderung der Emissionen von Real-Diesel-
motoren im Tunnelbau) für Partikelfiltersys-
teme basieren auf Forschungsarbeiten die-
ser Gruppe und eine dazu erschienene
Norm (SNR 277 205) bildet die Grundlage
für die Änderung der Schweizerischen Luft-
reinhalteverordnung (LRV). Nicht zuletzt
hat die Arbeit des Empa-Teams auch die
Schweizerische Chemische Gesellschaft
überzeugt: Im Februar 2009 wurde den Wis-
senschaftlerInnen der renommierte Sand-
meyer-Forschungspreis verliehen. Mit die-
ser Auszeichnung würdigt die Fachgesell-
schaft jedes Jahr herausragende Leistungen
in der angewandten Chemie.
Die Achteck-Quadrat-Geometrie gilt als elegantesteGeometrie von Partikelfilterwaben. Dank dieserGeometrie können moderne Filter unbrennbareAschepartikel bis zu einer Fahrleistung von240 000 Kilometer ohne Reinigung einlagern, müssenalso in der normalen Lebensdauer eines Personen-wagens nicht gewechselt werden. Die Russpartikelwerden stetig abgebrannt.
Die Preisträger Nordert Heeb, Andrea Ulrich,Lukas Emmenegger (v.l.) mit Georg Fráter, dem Präsidentender Schweizerischen Chemischen Gesellschaft (2.v.r.).(Foto: Gerold Steiner)
Empa Inside
International PhD School Switzerland – Poland
Ein Picknick macht Wissenschaft «mundgerecht»
Seit Gründung der International PhD School 2005 durch die Empa, dieTechnische Universität Warschau (WUT) und die Kraukauer Universität fürWissenschaft und Technologie (AGH) wurde die schweizerisch-polnischePartnerschaft immer weiter ausgebaut. Ende Mai 2008 schlossen sich dieETH Zürich, die Jagiellonian Universität in Krakau (UJ) und die UniversitätWarschau (UW) der Trägergemeinschaft an.
Kontakt
Prof. Dr. Jolanta Janczak-Ruschjolanta.janczak@empa.ch
Feierliche Unterzeichnung des «Memorandum of Under-standing» zwischen der Technischen Universität Warschau(WUT), der Empa und des japanischen «National Instituteof Materials Science» (NIMS) im Juni 2008 in Warschau.Von links: Empa-Direktor Louis Schlapbach, NIMS-Präsident Teruo Kishi und WUT-Prorektor Andrzej Jakubiak.
Studierende der PhD School stellten am «12th SciencePicnic» in Warschau Empa-Entwicklungen vor –unter anderem die Tensairity-Technologie unter demMotto «Bauen mit Luft».
Im Jahr 2008 hat sich die International PhD
School zu einem interkulturellen und inter-
disziplinären Konsortium für Materialfor-
schung weiterentwickelt: Am 16. Juni wur-
de ein «Memorandum of Understanding»
durch Vertreter der Empa, der WUT und des
japanischen «National Institute of Materials
Science» (NIMS) unterzeichnet. Basierend
auf bestehenden bilateralen Abkommen
zwischen der Empa und ihrer japanischen
«Schwesterinstitution» NIMS sowie zwi-
schen der WUT und dem NIMS, die die For-
schungszusammenarbeit und gemeinsame
Nachdiplomstudienprogramme regeln, wur-
de eine neue trilaterale Kollaboration ins Le-
ben gerufen, die auch die International PhD
School einschliesst. Dieses Programm soll
die Weiterbildung und Berufsentwicklung
junger Wissenschaftlerinnen und Wissen-
schaftler fördern. Kurz nach der Gründung
fand auch bereits der erste gemeinsame
Workshop unter dem Titel «Nanomaterials
for Energy and Environmental Protection»
statt. Neben Forschenden aus der Schweiz,
Polen und Japan waren unter den Teilneh-
menden auch viele Gäste aus anderen euro-
päischen Ländern.
Der Juni erwies sich auch auf einer anderen
Ebene als äusserst erfolgreicher Monat für
die International PhD School. Deren Studie-
rende nahmen gemeinsam mit Vertretern
der Empa und mit Unterstützung der
Schweizer Botschaft in Polen am «12th Sci-
ence Picnic» in Warschau teil. Dieses «Wis-
senschafts-Picknick» ist eine der grössten
öffentlichen Wissenschaftsveranstaltungen
in ganz Europa, das seit 1997 jedes Jahr in
der Warschauer Altstadt stattfindet. An ei-
nem einzigen Tag wird bei den mehr als
100 000 BesucherInnen jeweils viel Interesse
für wissenschaftliche Themen geweckt. Die
Empa stellte dabei einige ihrer Entwicklun-
gen vor, darunter Textilien, die dem
Schmutz keine Chance bieten und stets sau-
ber bleiben, selbstkühlende Bekleidung für
von Multiple Sklerose Betroffene, die deren
Schmerzen lindert und sie länger beweglich
hält, sowie die «Tensairity»-Technologie, die
tragfähige Strukturen «aus Luft» ermöglicht.
Piopipüi
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Marketing
Ob Oberflächenproblem oder Projektidee:Das Empa-Portal hilft Ihnen weiter!
Das Empa-Portal fungiert als zentrale Anlaufstelle für Kunden und Partneraus den verschiedensten materialtechnischen Bereichen. Vermitteltwerden Anfragen nach Materialanalysen, Untersuchungen oder Expertisen.Um die Entwicklungen und das Know-how der Empa im Markt zu präsentie-ren, organisiert das Portal-Team zudem Firmenbesuche und Messeauftritte.
Sei es eine akribische Untersuchung eines
gebrochenen Rohrs, das Messen der Wärme-
kapazität eines Polymer-/Monomergemi-
sches oder das Entwickeln einer Beschich-
tung mit Nanopartikeln für Bekleidung: Die
Anfragen an das Empa-Portal sind in der Tat
vielfältig. Täglich gelangen Kundenanfragen
via Mail oder Telefon an das Portal-Team,
vor allem von Industrieunternehmen und
von Fachstellen und Behörden, teilweise
aber auch aus dem Bildungssektor, von Stu-
dierenden, Doktorierenden und Lernenden;
jede zehnte Anfrage kommt von Privatper-
sonen, die Rat und Unterstützung bei ihren
materialtechnischen Problemen suchen.
Von den im Jahr 2008 über 1000 registrierten
Anfragen beantworteten Empa-ExpertInnen
rund die Hälfte. Sie erteilten Auskünfte,
nahmen kleinere und grössere Aufträge ent-
gegen und diskutierten die eingegangenen
Projektanfragen. Etwa ein Drittel der Anfra-
gen vermittelte das Portal-Team an externe
Stellen, viele davon an Spin-offs der Empa.
Für vertiefte Fachgespräche organisierte das
Empa-Portal über 40 Veranstaltungen, sei es
in Form von Firmenbesuchen oder Messe-
auftritten.
Kontakt
Dr. Verónica Cerlettiveronica.cerletti@empa.ch
Das Empa-Portal organisierte auchim Jahr 2008 zahlreiche Firmenbesuche.
bakteriellen Schleimschichten dient. Ein Pa-
tent wurde angemeldet, weitere Anwen-
dungsmöglichkeiten für Wasser führende
Systeme werden derzeit eruiert.
Mit einem Partner aus der Papierindustrie
entwickeln Empa-Forschende, eine Barriere-
schicht aus Zellulose-Nanofibrillen für Ver-
packungsmaterialien. Ziel ist, das teure,
energieaufwändige und aus Verbundmate-
rialien schlecht rezyklierbare Aluminium zu
ersetzen.
Die drahtlose Überwachungvon BrückenUm Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bau-
ten wie Brücken, Bachdurchlässe, Über- und
Unterführungen, Tunnel, Stützmauern zu
gewährleisten, werden sie heute zuneh-
mend elektronisch überwacht. Die so ge-
wonnenen Daten liefern die Grundlage für
die Zustandsbewertung, Unterhalts- und In-
standsetzungsarbeiten. Die auf dem Markt
gängigen «verdrahteten» Systeme haben
sich aber als eher unflexibel, arbeitsintensiv
und teuer herausgestellt. Eine Überwa-
chungstechnologie mit drahtlosen Sensor-
netzwerken hätte daher ein enormes Markt-
potenzial. Die Winterthurer Storchenbrücke
wurde für einen Langzeittest im Rahmen
des EU-Projektes «Sustainable Bridges» mit
insgesamt sieben von der Empa entwickel-
ten Sensoren bestückt, die die Brücke über-
wachen und bei starken Erschütterungen
oder anderen «verdächtigen» Veränderungen
via Funk und Internet direkt bei der Empa
Mit Industriepartnern innovativeLösungen erarbeitenAutos mit Erd- oder Biogas-Turboantrieb ge-
hören zwar zu den saubersten ihrer Art, ha-
ben aber ein «Turboloch» und zeigen (noch)
Schwächen beim Anfahrdrehmoment. Ein
zusätzlicher Elektromotor kompensiert die-
se Nachteile. In Zusammenarbeit mit der
ETH Zürich sowie Volkswagen und Bosch
erforscht die Empa das Potenzial solcher
Hybride – und entwickelt ein Demonstrati-
onsfahrzeug, das bereits im Erdgasbetrieb
40 Prozent weniger Kohlenstoffdioxid CO2
emittiert als ein modernes Benzinfahrzeug
mit vergleichbarer Fahrdynamik. Aufberei-
tetes Biogas als Treibstoff reduziert die CO2-
Emissionen sogar nochmals.
Zusammen mit der Empa Testmaterialien
AG, einem Spin-off der Empa, wurde in ei-
nem von der KTI mitfinanzierten Projekt ein
Biofilm entwickelt, der als Referenzmaterial
bei der Beurteilung von Mitteln gegen sol-
che etwa in Waschmaschinen auftretenden
Technologietransfer
Von der Forschung zum Markt
Der Empa bietet ihren Industriepartnern auf dem Gebiet derMaterialwissenschaften und Technologieentwicklung dank ihrerInterdisziplinarität einmalige Chancen, Resultate aus derangewandten Forschung in marktfähige Innovationen umzusetzen.Im Jahr 2008 stieg die Anzahl der Kooperationen mit Partnernaus der Wirtschaft denn auch erneut eindrücklich: Insgesamtwurden mehr als 50 neue Forschungsabkommen abgeschlossen.
Über ihre Technologietransfer-Stelle kom-
merzialisiert die Empa Forschungsresultate,
definiert Kriterien für deren Vermarktung
und wählt eine der jeweiligen Situation an-
gepasste Strategie. Das geistige Eigentum
wird dabei oft durch eine Patentanmeldung
geschützt, durch die Empa allein oder ge-
meinsam mit einer Firma. 2008 wurden von
27 Erfindungen 11 zum Patent angemeldet.
Insgesamt umfasst das Patentportfolio der
Empa derzeit 30 «Patentfamilien».
Ausserdem wurden neun neue Lizenzverträ-
ge für die kommerzielle Nutzung von Pa-
tentrechten, Software oder Know-how abge-
schlossen. Dies zahlt sich nun auch finan-
ziell für die Empa aus: Im letzten Jahr über-
stieg der Lizenzertrag erstmals die Ausga-
ben für die Patentanmeldungen. Der Zu-
wachs an Lizenzvereinbarungen sollte der
Empa in den nächsten Jahren weitere Ein-
künfte sichern, mit denen neue Forschungs-
projekte unterstützt und der Technologie-
transfer weiter ausgebaut werden können.
Piopipüi
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Alarm schlagen. Die Vorteile dieses Fern-
überwachungssystems: schnelle Installati-
on, grössere Flexibilität und niedrigere Kos-
ten, denn drahtlose Sensoren machen eine
aufwändige Verkabelung der Brücke über-
flüssig. Die Erfinder dieser Technologie er-
hielten den Empa Innovationspreis 2008;
zur Vermarktung des Systems wurde von ih-
nen der Empa-Spin-off Decentlab GmbH ge-
gründet.
Ein kostengünstiges Prüfverfahren fürkeramische HüftgelenksköpfeFür einen Industriepartner entwickelte die
Empa ein spezielles Prüfverfahren für Hüft-
gelenksköpfe aus Keramik. Diese werden
dabei während des Produktionsprozesses
einzeln geprüft, indem jedes Teil «über Ge-
bühr», also mit mehr als der physiologischen
Beanspruchung, belastet wird. Dieses Vorge-
hen darf an fehlerfreien Teilen keine Schädi-
gung verursachen. Zwar gibt es bereits ande-
re derartige Verfahren; die Empa-Methode je-
doch besitzt bezüglich Unterhalt und Kosten
entscheidende Vorteile. Für dieses Verfahren
hatte die Empa eine Patentanmeldung hinter-
legt, die nach Abschluss der Entwicklung zu-
sammen mit dem erarbeiteten Know-how an
den Industriepartner transferiert werden
konnte.
Kontakt
Marlen Müllermarlen.mueller@empa.ch
7 drahtlose Sensoren(gelbe Kreise) an derWinterthurer Storchen-brücke melden starkeErschütterungen per Funkund Internet direkt andie Empa.
Die Empa entwickelte mitihrem Spin-off Empa Test-materialien AG einen Biofilmals Referenzmaterial, mitdem sich die Wirksamkeitvon Mitteln gegen Biofilme,in Waschmaschinenauftretende bakterielleSchleimschichten, beurteilenlässt. (Foto: piqs.de)
Empa untersucht. Entsprechend können
sich die beiden Seiten gegenseitig inspirie-
ren. Weitere Start-ups mit Bezug zur For-
schung und Entwicklung der Empa und na-
türlich Spin-offs aus der Empa selber sollen
folgen. Dafür wird Platz im Nordost-Gebäu-
de am Rande des Dübendorfer Empa-Areals
geschaffen. Aufgrund seiner Lage ist das Ge-
bäude als Firmenstandort auch repräsenta-
tiv gegen Aussen.
Getragen wird das glaTec neben der Empa
von der Eawag, den Standortförderorganisa-
tionen Glow.das Glattal und des Kantons Zü-
rich, den Städten Dübendorf und Zürich so-
wie der Zürcher Kantonalbank. Ein aus er-
fahrenen Start-up-Experten bestehender Be-
ratungsausschuss prüft die von der Ge-
schäftsstelle glaTec ausgewählten Firmen-
projekte auf Herz und Nieren, bestimmt die
zu erreichenden Meilensteine und gibt Emp-
fehlungen ab zuhanden des glaTec-Vorstan-
des. Dies gewährleistet, dass nur qualitativ
hochstehende Projekte Unterstützung vom
glaTec erhalten sowie auch Zugang zu Empas
Infrastruktur.
Technologiezentren
Das St. Galler tebo erhält ein Pendantin Dübendorf – das glaTec
Mit Gründung des Fördervereins «glaTec – Technologiezentrum ander Empa in Dübendorf» Ende September 2008 hat das seit 12 Jahrenbestehende tebo an der Empa in St. Gallen einen Bruder erhalten.Die Zusammenarbeit zwischen den Technologiezentren wird positiveSynergien für beide Standorte schaffen.
Dübendorf: Förderung vonJungunternehmen im glaTec Im September 2008 wurde der Förderverein
«glaTec – Technologiezentrum an der Empa
in Dübendorf» gegründet, nach dem tebo in
St. Gallen das zweite Technologiezentrum
der Empa. Ziel des glaTec ist es, Unterneh-
mensgründungen und Innovationsprozesse
im Bereich der Materialwissenschaften, Um-
weltwissenschaften und Technologie zu er-
leichtern und zu unterstützen.
Gerade in der Frühphase des Geschäftsauf-
baus eines Jungunternehmens werden Wei-
chen gestellt, die dessen zukünftige Erfolgs-
chancen massiv beeinflussen. Dabei ist die
professionelle Begleitung und Unterstüt-
zung der Jungunternehmerinnen und -un-
ternehmer von zentraler Bedeutung, denn
meist verfügen sie nicht über Management-
Erfahrung und Zugang zu Infrastruktur.
Der erste Mieter des glaTec ist Optotune, ein
Spin-off der ETH Zürich. Optotune entwi-
ckelt flexible optische Linsen auf der Basis
elektroaktiver Polymere. Diese Technologie
der «künstlichen Muskeln» wird auch an der
Die glaTec-Initianten (v.l.) Adrian Stettler, Standortförderung desKantons Zürich; Prof. Dr. Rik Eggen, Eawag; Christoph Lang,glow.das glattal; Prof. Dr. Louis Schlapbach, Empa; Benno SeilerWirtschaftsförderung der Stadt Zürich; Rolf Butz, Stadt Dübendorf;Mario Jenni, Geschäftsstelle glaTec.
Piopipüi
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12 Jahre tebo: Das Dutzend ist voll2008 war für das tebo, das Technologiezen-
trum für die Euregio Bodensee an der Empa in
St. Gallen, bereits das zwölfte Betriebsjahr. In
diesem konnte der 2006 eröffnete zweite
Standort mit neuen, interessanten Jungunter-
nehmen weitgehend gefüllt werden.
So wurde zum Beispiel mit den beiden neu-
en Firmen Acctron AG, ein unabhängiges
Dienstleistungs- und Forschungslabor für
Oberflächen- und Materialprüfung, und
Kontakt
glaTecMario Jennimario.jenni@empa.ch
teboPeter Frischknechtpeter.frischknecht@empa.ch
Schleiss RPTech GmbH, die Beratungen und
Entwicklungen im Bereich Rapid Prototy-
ping und Lasertechnology anbietet, die
Technologie-Orientierung des tebo weiter
verstärkt.
Hierzu wird auch die HUManikin GmbH bei-
tragen, ein Spin-off der Empa, der im letzten
Quartal gegründet wurde. Der primäre Fo-
kus von HUManikin ist die Entwicklung,
Produktion und der Verkauf von Manikins
mit intelligenten thermoregulatorischen
Funktionen. Dabei kann auf das Know-how
von 12 Jahren entsprechender Empa-For-
schung zurückgegriffen werden. HUMani-
kin wird 2009 operativ. Das tebo unterstützt
die Gründung und die Startphase von HU-
Manikin, indem es die Jungunternehmer be-
treut sowie in fachlichen Fragen bei der Ent-
wicklung des Geschäfts berät.
Vergleichbares Coaching, wenn auch in ge-
ringerem Umfang, wurde auch von rund 30
externen Jungunternehmen und Gründern in
Anspruch genommen. Daneben profitieren
diese ausserdem von den «Venture-Apéros»,
die regelmässig im tebo stattfinden und mit
durchschnittlich 50 Personen auf reges Inte-
resse stossen. Dabei stehen Fragen der Kun-
dengewinnung, der Kommunikation und der
Betriebswirtschaft im Mittelpunkt. Der Empa-Spin-offHUManikin entwickeltManikins ähnlich derschwitzenden Puppe SAM.
Die Empa präsentiert sich multimedial
Erstklassige Forschung zu betreiben und innovative Technologien zuentwickeln ist das eine. Das andere in ansprechender Form darüberzu informieren. Die Empa hat 2008 ihre Kommunikationskanäle«auf Vordermann gebracht»: Das Forschungsmagazin EmpaNewswurde neu konzipiert und präsentiert sich nun in einem zeitgemässenLayout. Und mit dem Video-Podcastkanal «EmpaTV» nutzt die Empaneue Wege, um Wissenschaft an die breite Öffentlichkeit zu bringen.
Wissenschaft im Dialog
Die KundenzeitschriftEmpaNews erschienim Jahr 2008 invier Ausgaben – undin einem neuen «Look».
Die «neuen» EmpaNews Keine Frage: In erster Linie kommt es auf
den Inhalt an. Doch auch die Verpackung
spielt eine Rolle. Aus diesem Grund hat sich
die Empa im vergangenen Jahr entschlos-
sen, ihre Kundenzeitschrift EmpaNews ei-
nem Facelifting zu unterziehen. Auch in-
haltlich wurde das Magazin komplett über-
arbeitet und wartet nun in jeder Ausgabe
mit einem speziellen Schwerpunktthema
auf, das von verschiedenen Seiten beleuch-
tet wird – und somit die interdisziplinäre Ar-
beitsweise der Empa perfekt widerspiegelt.
In den ersten vier Ausgaben standen unter
anderem energieeffiziente, schadstoffarme
Mobilität und Ökobilanzen im Fokus.
Aber auch was die journalistischen Formate
angeht, kommt das neue Forschungsmaga-
zin vielfältiger, abwechslungsreicher und le-
bendiger daher. Durch pointierte Interviews,
lebensnahe Portraits von Forschenden, pa-
ckende Reportagen aus dem Labor und mit
überraschenden Bildern aus der Welt der
Forschung und Entwicklung soll die Empa-
News nicht nur Informationen verbreiten,
sondern auch Lesevergnügen bereiten – als
Hardcopy oder neu auch online unter
www.empa.ch/empanews.
Piopipüi
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Forschung» am Zürcher Seebecken. Das von
der ETH Zürich gemeinsam mit anderen For-
schungsinstitutionen – unter anderem der
Empa – zum zweiten Mal durchgeführte
Wissenschaftsfestival am und auf dem «Zü-
risee» besuchten mehr als 15000 Personen,
um sich von den rund 500 Zürcher Forscher-
Innen die neusten Ergebnisse aus deren La-
bors erläutern oder vorführen zu lassen. Da-
bei kam es zu abwechslungsreichen Begeg-
nungen und anregenden Gesprächen zwi-
schen den interessierten BesucherInnen und
den Forschern.
Erneuter Besucherrekord an der EmpaEbenfalls gross war der Andrang an der von
der Empa bereits zum vierten Mal organi-
sierten NanoPubli in St. Gallen. Insgesamt
rund 1500 BesucherInnen – darunter auch
viele Kinder und Jugendliche – kamen, um
in die Welt des Allerkleinsten einzutauchen
– mit tatkräftiger Unterstützung der Empa-
Forscherinnen und -Forscher. Grosses Inte-
resse herrschte während des Jahres auch
wieder an den Führungen durch die Empa-
Labors. Um Empa-Forschung vor Ort zu er-
leben und den WissenschaftlerInnen über
die Schulter zu schauen, kamen mehr als
1500 Gäste an die beiden Standorte in Dü-
bendorf und St. Gallen und brachen damit
die «Rekordmarke» aus dem Vorjahr ein wei-
teres Mal. Eine der Besuchergruppen be-
stand aus rund 100 Mitgliedern des Schwei-
zerischen Ingenieur- und Architektenver-
eins (SIA), andere waren Schülerinnen und
Schüler von Maturaklassen, die sich kurz
vor ihrer Studienwahl ein Bild über den Ar-
beitsalltag von Wissenschaftlerinnen und
Ingenieuren an der Empa machen wollten.
Die Empa sieht darin einen wesentlichen
Beitrag gegen den Mangel an IngenieurIn-
nen in der Schweiz.
Kontakt
Dr. Michael Hagmannmichael.hagmann@empa.chIm Juli 2008 ging der Podcastkanal der Empa, «EmpaTV»,
online – pünktlich zur Lancierung des neuen iPhone.
«EmpaTV» fürs HandyNeben der Pflege bewährter Kommunikati-
onskanäle hat die Empa 2008 aber auch
neue «entdeckt». So ist ihr neuer Podcastka-
nal «EmpaTV» seit Juli online. Auf dem «In-
novation Channel» finden sich Beiträge über
die neuesten Entwicklungen aus den Empa-
Labors, auf «Events @ Empa» Aufzeichnun-
gen verschiedener Empa-Veranstaltungen.
Sämtliche Videos können als Podcast herun-
tergeladen werden – auf den PC, das Smart-
phone oder den iPod. Sozusagen «Empa
Technology to go».
Auch der direkte Kontakt zu den verschiede-
nen Anspruchsgruppen der Empa, den so
genannten Stakeholdern, wurde im vergan-
genen Jahr wiederum intensiv gepflegt. So
war die Empa an zahlreichen Veranstaltun-
gen anzutreffen, etwa am «2. Swiss Innova-
tion Forum» in Basel oder an der «Nacht der
Engagiert in der beruflichen Weiterbildung
An 28 Fachveranstaltungen der Empa-Akademie bildeten sich 2008mehr als 1800 Fachleute aus Industrie, Behörden und Verbändenauf Gebieten weiter, die sie für ihren beruflichen Alltag benötigen.Darüber hinaus tauschten sich 4800 WissenschaftlerInnen aufacht internationalen mehrtägigen Kongressen, sieben wissenschaftlichenTagungen und zahlreichen Vortragsveranstaltungen untereinander aus.Die Wissenschaftsapéros und öffentlichen Vorträge zogen gut1000 Interessierte an.
Für das Fachpublikum Industrie & Co.Auf besonderes Interesse stiessen Veranstal-
tungen aus den Bereichen Analytik mit den
Themen «Schadensanalytik» und «Wirkungs-
bezogene Analytik» sowie Textilien mit dem
«Innovation Day» und der «10. Empa-Textilta-
gung». Ausserdem erreichte die Empa-Aka-
demie mit den neu entwickelten «Technolo-
gy Briefings» ein grösseres Fachpublikum;
zum Thema «Moderne Implantate und de-
ren Entwicklung» trafen sich an der Empa
VertreterInnen der Medtech-Industrie und
andere Interessierte, um sich einen Über-
blick über die neuesten Entwicklungen zu
verschaffen. Ziel der Tagung war es, die we-
sentlichen Akteure aus Industrie und For-
schung zum Erfahrungs- und Informations-
austausch zusammenzubringen, nicht zu-
letzt auch, um neue Partnerschaften zu
etablieren. Die Tagung «Fitnesskur für das
Bauwerk Schweiz» stellte vor, wie neue Ma-
terialien, Komponenten und Systeme inno-
vative Ansätze ermöglichen, die das Energie
«fressende» Bauwerk Schweiz in ein nach-
haltiges umwandeln. Beide Tagungen waren
mit je über 100 TeilnehmerInnen sehr gut
besucht. Für 2009 sind neue Fachkurse in
Vorbereitung, unter anderem über «Ökologi-
sche Kennzahlen von Fahrzeugflotten» und
«Nano-Ökologie».
Zielpublikum: WissenschaftlerInnenDer Fokus der Aktivitäten lag im Berichts-
jahr auf einer Reihe internationaler Konfe-
renzen und Tagungen. Neben dem «2nd
Symposium on Hydrogen and Energy», der
CICE2008 und der ICAST2008 fand vor al-
lem die «NanoTox 2008» nicht nur in wissen -
schaftlichen Kreisen, sondern auch in der
breiten Öffentlichkeit grosse Beachtung.
Über 300 TeilnehmerInnen aus 29 Ländern
diskutierten an der bisher grössten Tagung
von Nanotoxikologen Fragen um die Sicher-
heit der Nanotechnologie. In den wissen-
schaftlichen Vorträgen ging es in erster Linie
um die besonderen Eigenschaften und bio-
logischen Auswirkungen von Nanopartikeln
sowie um die Frage, wie stark Menschen am
Arbeitsplatz oder in der Umwelt Nanoteil-
chen ausgesetzt sind. Weitere Schwerpunkt-
Empa-Akademie
Piopipüi
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themen befassten sich mit den Auswirkun-
gen in der Lunge sowie den Fragen, ob Na-
noteilchen dem Erbgut schaden können,
und wie unser Immunsystem auf die winzi-
gen Eindringlinge reagiert. Ausserdem wur-
den die Einflüsse auf die Umwelt und eine
vorausschauende Risikobewertung behan-
delt.
Was die Öffentlichkeit beschäftigtMit ihren Wissenschaftsapéros «Biotreib-
stoffe – Sinn oder Unsinn?» und «Nanotech-
nologie – Risiken und Nebenwirkungen?»
griff die Empa-Akademie zwei sehr brisante
Themen auf. Die drei Veranstaltungen dazu
mit insgesamt mehr als 500 ZuhörerInnen
waren in St.Gallen und Dübendorf jeweils
überdurchschnittlich gut besucht. Biotreib-
stoffe wurden aus ökologischer und energie-
politischer Sicht sowie aus Sicht der Land-
wirtschaft betrachtet. Bei der Nanotechno-
logie waren Aspekte der Materialforschung
und Medizin sowie auch des Risikopotenzi-
als die Schwerpunkte. Lebhafte Diskussio-
nen rundeten die Veranstaltungen ab, was
das grosse Interesse des Publikums belegt.
Kontakt
Dr. Anne Satiranne.satir@empa.ch
Entwicklung der Teilnehmendenzahlen 2005 bis 2008
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2005 2006 2007 2008
Im Jahr 2008 nahmen mehr als 8000 BesucherInnenan Veranstaltungen der Empa-Akademie teil, einneuer Rekord.
Zahlen & Fakten
Wissensvermittlung /Technologietransfer
Die Empa nahm ihre Brückenfunktion zwi-
schen Wissenschaft und Gesellschaft durch
zahlreiche Aktivitäten der Wissensvermitt-
lung und des Technologietransfers (TT)
wahr. Während die Anzahl Lehrbeauftragter
innert Jahresfrist von 143 auf 138 zurück-
ging, verdoppelten sich die Professuren na-
hezu (11 auf 20). Die Unterrichtstunden re-
duzierten sich von 3361 auf 2921; rund die
Hälfte davon wurde an den beiden ETH er-
bracht.
Mehr als 8000 Personen nahmen an Weiter-
bildungsveranstaltungen der Empa-Akade-
mie teil. Über 1600 Personen besuchten
Fachführungen an den Standorten Düben-
dorf und St. Gallen. Mit ihrer Beteiligung an
der «Nacht der Forschung» sowie mit der
vierten «NanoPubli» erreichte die Empa
mehrere Tausend Interessierte. Die «Nano-
Publi» richtete sich besonders an die jüngere
Generation: Rund 500 SchülerInnen liessen
sich in die Welt der Nanotechnologie ent-
führen.
Zahlen und Fakten
WISSENSCHAFTLICHER OUTPUT
2007 2008
SCI/E Publikationen 371 406
davon SCI-Publikationen 291 348
Konferenz- Beiträge 1009 1067
Doktorats-Abschlüsse 33 31
Patente (Erstanmeldungen) 9 11
Lizenzverträge 9 9
Spin-offs/Start-ups 0 4
Lehrtätigkeit (in Stunden) 3361 2921
Empa Akademie
Veranstaltungen (2008 verschiedene mehrtägige) 99 83
Anzahl TeilnehmerInnen 6500 8000
Preise/Auszeichnungen 31 23
Wissenschaftlicher Output
Die Empa konzentrierte ihre Tätigkeit im
Jahr 2008 bei der Forschung- und Entwick-
lung (F+E) wiederum auf ihre fünf For-
schungsprogramme (FP). Die Ergebnisse
daraus stiessen sowohl in der Fachwelt als
auch in der Öffentlichkeit auf grosse Beach-
tung. Bei den insgesamt 512 F+E-Projekten
(KTI:68; SNF: 58; EU:53) erhöhte sich vor
allem die Menge der SNF-Projekte (41 auf
58). Auch die Anzahl der SCI/E-Publikatio-
nen konnte erneut gesteigert werden (371
auf 406).
Die wissenschaftlichen Beiträge an nationa-
len und internationalen Konferenzen nah-
men ebenfalls zu: von 1009 auf 1067 (397
davon als «invited / key note speaker»). Die
Empa organisierte im Jahr 2008 auch Konfe-
renzen in eigener Regie oder trat als Mitor-
ganisatorin auf. Waren es 2007 noch 70 Kon-
ferenzen gewesen, beliefen sie sich 2008 auf
fast 100. Empa-Mitarbeitende erhielten auch
im vergangenen Jahr Preise und Auszeich-
nungen.
60 | 61
Die Technologietransfer-Stelle betreute im
Berichtsjahr insgesamt 237 Verträge mit
Dritten (+75%). 27 Erfindermeldungen
führten zu 11 (+22%) Patentanmeldungen.
Erneut wurden neun Lizenz-, Options- und
Patentverkaufsverträge abgeschlossen. Die
Einnahmen aus der Verwertung überstiegen
erstmals die Kosten für Patentanmeldungen
und -aufrechterhaltungen. Parallel dazu
profitierten auch die ErfinderInnen erstmals
von den finanziellen Rückflüssen aus der
Verwertung von Forschungsergebnissen.
Im September 2008 wurde am Standort Dü-
bendorf das Technologiezentrum «glaTec»
gegründet. In diesem Technologiezentrum
können sich Spin-offs und Start-ups einmie-
ten und von den Synergien profitieren, die
sich durch die Nähe zur Empa ergeben. Zur-
zeit sind vier Spin-offs im «glaTec» einge-
mietet.
0
50
100
150
300
200
250
400
350
SCI/SSCISCIE
abgeschlossene Doktoratelaufende Doktorate (inkl. solcher ohneAnstellungsverhältnisan der Empa)
Publikationen:
16
67
30
67
120132
271 275
153
2001 2002 2003 2004 2005 2006
371
2007 2008
191
9990
162
406
154
ENTWICKLUNG DOKTORATE UND
SCI/E-PUBLIKATIONEN
Personelles
Die Personalprozesse wurden 2008 überarbei-
tet und konsequent auf die Bedürfnisse des
Personals und der Führungskräfte ausgerich-
tet. Im Fokus standen zudem Personalent-
wicklung und Führungsausbildung. Die be-
währten Führungsinstrumente wurden ver-
stärkt auf das Thema Personalentwicklung
ausgerichtet. Neu implementierte Hilfsmittel
unterstützen die Vorgesetzten beim Planen
von individuellen und wirkungsvollen Ent-
wicklungsmassnahmen. Im Berichtsjahr wur-
de ein modular aufgebautes Management-
Training konzipiert und gestartet. Es bereitet
neue Führungskräfte für ihre besonderen Auf-
gaben vor und ermöglicht den erfahrenen Vor-
gesetzten, ihr Wissen auszubauen. Das Kon-
zept wird die Führungsausbildung über die
nächsten Jahre strategieorientiert bestimmen.
Ende 2008 arbeiteten 915 Personen an der
Empa. Dies entspricht, bedingt durch die vie-
len Teilzeitmöglichkeiten, 842 Vollzeitstellen.
Dieser relativ starke Anstieg ist auf vermehrte
Anstellungen von qualifiziertem wissen-
schaftlichem Personal von 453 auf 501 Perso-
nen zurückzuführen. Das technisch/adminis-
trative Personal, wozu auch Praktikanten/in-
nen und Lernende zählen, ist hingegen nur
marginal von 408 auf 414 Personen angestie-
gen.
2008 wurden an der Empa 31 Dissertationen
abgeschlossen (Vorjahr: 33), Ende Jahr wa-
ren an der Empa gleich viele Doktorierende
angestellt wie 2007 (110). Wichtige Träger
der Forschung sind auch Postdocs, für wel-
che die Empa zunehmend attraktiver wird.
Zahlen und Fakten
PERSONALBESTAND am 31. Dezember 2008
KATEGORIEN 2007 2008
Wissenschaftliches Personal 453 501
davon ProfessorInnen 11 20
davon Doktorierende 110 110
davon wissenschaftliches Personal ohne Prof./Doktorierende 332 371
Technisches/administratives Personal 408 414
davon Lernende 35 38
Total (inkl. Teilzeitmitarbeitende) 861 915
Deren Zahl erhöhte sich von 41 auf 64. Die
Anzahl ProfessorInnen stieg von 11 auf 20.
Die Empa betreute im Berichtsjahr 106 Per-
sonen (90) bei ihren Diplomarbeiten und er-
möglichte 86 (79) Praktika. Die Anzahl
Lehrstellen stieg auf 38 (35).
Durch die verstärkte wissenschaftliche Aus-
richtung bot die Empa vermehrt befristete
Arbeitsplätze an, etwa für Postdocs, Dokto-
rierende, DiplomandInnen, PraktikantIn-
nen. Die Zahl der befristeten Angestellten
stieg dadurch auf 428 (385).
Mit 27% liegt der Frauenanteil um 1% über
dem Vorjahreswert. Von den 249 (222) Frau-
en sind 108 (93) als Wissenschafterinnen tä-
tig. 17 (12) Kaderpositionen werden von
Frauen bekleidet, ein markanter Anstieg.
Darunter sind auch zwei neue Titularprofes-
sorinnen. Rund ein Drittel der Doktorieren-
den sind Frauen.
Die Zahl der AusländerInnen ist auf 321 ge-
stiegen (290), das sind 35% des Personals.
250 Personen stammen aus dem EU-Raum
(230).
Chancengleichheit wird an der Empa in ei-
nem sehr umfassenden Sinne verstanden.
Unabhängig von Geschlecht, Nationalität,
Sprache, Standort, Beruf, Hierarchiestufe
und Alter sollen alle Mitarbeitenden die glei-
che Wertschätzung geniessen und optimale
Entwicklungsmöglichkeiten erhalten. Mit
diesem Leitgedanken formierte sich 2008
die Arbeitsgruppe «together». Ihr erklärtes
Ziel ist, dass Gleichstellungsmassnahmen
für jede Mitarbeiterin und jeden Mitarbeiter
im selben Mass gelten, und dass der Prozess
lebendig und die Sensibilität für diese The-
matik bestehen bleiben
Die Empa beteiligte sich am Projekt «Fix the
leaky pipeline», einem Karrierebildungspro-
gramm für Nachwuchswissenschafterinnen
im ETH-Bereich und anderen akademisch/
technischen Gebieten.
Am Nationalen Töchtertag 2008 konnten 42
Mädchen und 7 Knaben an den Standorten
Dübendorf und St. Gallen Technik hautnah
erleben. Sie schauten IngenieurInnen, Tech-
nikerInnen und NaturwissenschaftlerInnen
über die Schulter, durften mitarbeiten und
mitdiskutieren. Der Tag soll Mädchen und
Knaben motivieren, sich mit neuen, viel-
leicht ungewohnten Berufs- und Lebensper-
spektiven auseinanderzusetzen.
Attraktive und familiengerechte Arbeitsbe-
dingungen zu schaffen war ein weiterer
Schwerpunkt der Gleichstellungsarbeiten.
Die Empa stellt ihren Mitarbeitenden in
Thun mit zwei Krippenplätzen bei der «Kita
Aare» ein weiteres Angebot zur familiener-
gänzenden Betreuung zur Verfügung.
2008 führte die Fachstelle «UND – Familien-
und Erwerbsarbeit für Männer und Frauen»
erneut ein umfassendes Audit durch und
verlieh der Empa wiederum ihr Prädikat «Fa-
milie UND Beruf». Die Gesamtbeurteilung
verbesserte sich gegenüber dem letzten Au-
dit sogar noch leicht. Mit der Auszeichnung
wird das Engagement der Empa in den Be-
reichen Familienfreundlichkeit und Chan-
cengleichheit gewürdigt.
62 | 63
Finanzielles
Der Gesamtertrag für 2008 belief sich auf 132.1 Mio. CHF. Dieser setzt
sich wie folgt zusammen: Finanzierungsbeitrag des Bundes von 87.8 Mio.
CHF (Vorjahr: 85.4 Mio.), Einnahmen aus Drittmitteln, Dienstleistungen
und Verschiedenes von total 42.9 Mio. CHF (40 Mio.), Finanzerträge von
0.4 Mio. (0.9 Mio.) sowie einer Abnahme der Rückstellung für pendente
Projekte um 1 Mio. CHF. Die Erlöse aus Dienstleistungen (inkl. Verschie-
denes) erreichten 13.9 Mio. CHF; sie sind somit etwas höher als im Vor-
jahr (13.3 Mio.). Im Finanzierungsbeitrag des Bundes sind die Einnah-
men aus der projektorientierten Mittelvergabe aus den Kompetenzzen-
tren im ETH-Bereich von insgesamt 1.3 Mio. enthalten.
Die Erträge aus Drittmitteln für F+E-Projekte waren mit 29 Mio. CHF um
8.6% höher als im Vorjahr (26.7 Mio.). Die Einnahmen aus dem Natio-
nalfonds (inkl. NCCR) konnten im Vergleich mit dem Vorjahr nochmals
um 56.5% auf 2.1 Mio. Franken gesteigert werden. Die KTI-Einnahmen
des Bundes waren mit 5.1 Mio. Franken ebenfalls erheblich höher als im
Vorjahr (3.3 Mio.). Die wirtschaftsorientierten Forschungsbeiträge aus
der Privatwirtschaft lagen mit 8.8 Mio. auf dem Niveau des Vorjahres
(8.9 Mio.). Dagegen konnten die Einnahmen aus Europäischen For-
schungsprogrammen mit 6.3 Mio. Franken weiter gesteigert werden (Vor-
jahr 4.5 Mio.). Im Vergleich zum Vorjahr haben die Einnahmen aus der
Ressortforschung um 1.9 Mio. Franken auf 6.8 Mio. Franken abgenom-
men (-21.8%).
Die Erlöse Dritter von insgesamt 42.9 Mio. CHF deckten rund 33.2% des
Gesamtaufwands. Der Gesamtaufwand erreichte 129.2 Mio. CHF (128.1
Mio.). Die grösste Position war dabei der Personalaufwand. Dieser hat im
Vergleich zum Vorjahr um 1.6 Mio. CHF auf 93.5 Mio. zugenommen. Vom
restlichen Aufwand für laufende Aktivitäten entfielen 36.2 Mio. CHF auf
den übrigen Sachaufwand und 6.2 Mio. auf den Materialaufwand. Die
Rückstellungen und Reserven wurden um 7.8 Mio. abgebaut.
Die Investitionen in Bauten und apparative Einrichtungen beliefen sich
auf insgesamt 17.5 Mio. CHF (20.3 Mio.). Die baulichen Investitionen be-
trugen 10 Mio. CHF (10.9 Mio.). Das Investitionsvolumen im Bereich der
Mobilien war mit 6.9 Mio. CHF tiefer als im Vorjahr (9 Mio.). Die Infor-
matik-Investitionen waren mit 0.6 Mio. CHF höher als im Vorjahr (0.4
Mio.). Das Gesamtergebnis beträgt 2.9 Mio. CHF (6.7).
ERFOLGSRECHNUNG (in Mio. CHF)
2007 2008
Ertrag
Finanzierungsbeitrag Bund 85.4 87.8
Zahlungsausgleich Bauinvestitionen 6.5 0
Drittmittel 26.7 29.0
Dienstleistungserlöse 12.9 11.9
Verschiedenes 0.4 2.0
Finanzerträge 0.9 0.4
Abnahme Rückstellungen für Projekte 2.0 1.0
Total Ertrag 134.8 132.1
Aufwand
Personalaufwand 91.9 93.5
Veränderungen Ferienguthaben -1.1 1.1
Materialaufwand 5.2 6.2
übriger Sachaufwand 35.1 36.2
Veränd. Rückst. für Leistungsversprechen und übrige -3.0 -7.8
Zunahme Rückstellungen für Projekte 0 0
Total Aufwand laufende Aktivitäten 128.1 129.2
Gesamtergebnis 6.7 2.9
Investitionen
Immobilien 10.9 10.0
Mobilien 9.0 6.9
Informatik 0.4 0.6
Total Investitionen 20.3 17.5
Zahlen und Fakten
Bau / Betrieb
Neben zahlreichen kleinen Projekten konn-
ten 2008 insbesondere die Instandsetzung
des Schallhauses 2 sowie das neue Motoren-
labor fertig gestellt werden. Bei dem 1978-er
Schallhaus wurde die Gebäudehülle instand
gesetzt, die technische Infrastruktur erneuert
und Massnahmen zur Erdbebensicherheit
getroffen. Schallhaus und Motorenhaus wur-
den wärmetechnisch saniert. Dabei galten
die Anforderungen des Minergie®-Standards
als energetische Vorgabe.
Im Motorenhaus wurde ein neuer, drehmo-
mentstarker dynamischer Motorenprüfstand
installiert. Dieser erlaubt es, Forschungs- und
Entwicklungsarbeiten an Nutzfahrzeugmo-
toren, Biotreibstoffen und Abgasnachbe-
handlungssystemen durchzuführen. Zudem
konnten im Motorenhaus neue Räumlichkei-
ten (Arbeitsbereiche für Motoren- und Fahr-
zeugaufbau, Labor für Katalysatorträgerar-
beiten und Partikelanalytik sowie Büroar-
beitsplätze) realisiert werden.
Die anstehende umfassende Erneuerung der
Wärme-, Kälte- und Drucklufterzeugung auf
dem Empa/Eawag-Areal in Dübendorf wurde
als Anlass für eine vertiefte Studie genom-
men. Langfristiges Ziel ist, bis 2030 die CO2-
Gesamtbilanz des Areals gegenüber 1990 um
70% zu reduzieren. Im Rahmen eines Studi-
enauftrags werden deshalb zukunftsorien-
tierte und gesamtheitliche Energiekonzepte
zur langfristigen, ökologischen, ökonomi-
schen und sozialverträglichen Energieversor-
gung des Empa/Eawag-Areals entwickelt.
Ebenfalls soll aufgezeigt werden, mit wel-
chen Massnahmen die Zielvorgabe auf einen
Absenkpfad bis 2030 erreicht werden kann.
Der anstehende Ersatz der Wärme-, Kälte-
und Druckluftzentralen soll anschliessend im
Rahmen des festgelegten Arealkonzepts und
dessen Absenkpfades geplant und bis 2012
realisiert werden.
Auf dem Gebiet der Elektroeffizienz wurde
mit dem Ersatz der Umwälzpumpen begon-
nen. Sowohl bei Ventilatoren und Pumpen
kommen nur noch Motoren der besten Effi-
zienzklasse EFF1 zur Anwendung.
Kontakt
Roland Knechtleroland.knechtle@empa.ch
Organe der Empa
64 | 65
Forschungskommission
Die Forschungskommission berät die Empa-
Direktion u.a. in allgemeinen Forschungsfra-
gen, bei der Wahl des F+E-Spektrums und
bei der Evaluation von internen F+E-Projek-
ten. Sie besteht – neben Empa-Forschenden
– aus den folgenden ForscherInnen und Insti-
tutsleitern des In- und Auslandes:
Herbert H. Einstein
Prof. Dr., MIT, USA
Bengt Kasemo
Prof. Dr., Chalmers University of
Technology, Schweden
Teruo Kishi
Prof. Dr., NIMS, Japan
Erkki Leppävuori
Prof. Dr., VTT, Finnland
Klaus Müllen
Prof. Dr., MPI, Deutschland
Yves Petroff
Prof. Dr., ESRF, Frankreich
Claudia Stürmer
Prof. Dr., Universität Konstanz, Deutschland
Dimos Poulikakos
Prof. Dr., ETH, Zürich
Thomas Egli
Prof. Dr., Eawag, Dübendorf
Karl Knop
Dr., CSEM, Zürich
Viola Vogel
Prof. Dr., ETH, Zürich
Alexander Wokaun
Prof. Dr., PSI, Villigen
Beratende Kommission
Gremium führender Persönlichkeiten, das
die Leitung der Empa bei grundlegenden
Fragen berät.
Präsident
Norman Blank
Dr., Sika, Zürich
Mitglieder
Crispino Bergamaschi
Prof. Dr., FH Zentralschweiz, Horw
Peter Chen
Prof. Dr., ETH Zürich
Christoph Grolimund
Dr., ETH-Rat, Zürich
Thomas Hinderling
Dr., CSEM, Neuchâtel
Jan-Anders Manson
Prof. Dr., EPF Lausanne
Markus Oldani
Dr., ALSTOM, Baden
Max Oppliger
Dr., BASF, Zürich
Fiorenzo Scaroni
Dr., SWITCH, Zürich
Walter Steinmann
Dr., BFE, Bern
ETH-Rat
Der ETH-Rat leitet den ETH-Bereich mit den
beiden Eidgenössischen Technischen Hoch-
schulen und den vier Forschungsanstalten
PSI, WSL, Eawag und Empa.
Präsident
Fritz Schiesser
Dr. iur, Haslen GL
Vizepräsident
Paul L. Herrling
Prof. Dr., Novartis, Basel
Mitglieder
Patrick Aebischer
Prof. Dr., EPF Lausanne
Ralph Eichler
Prof. Dr., ETH Zürich
Barbara Haering
Dr., Econcept AG, Zürich
Janet Hering
Prof. Dr., Eawag, Dübendorf
Hans Hess
Dipl. Ing. ETH, Hamesco AG, Pfäffikon SZ
Beth Krasna
Dipl. Ing. ETH, EPF Lausanne
Thierry Lombard
lic. rer. pol., Lombard Odier, Genf
Markus Stauffacher
Dr., ETH Zürich
Zahlen und Fakten
International PhD SchoolSwitzerland – PolandProf. Dr. Jolanta Janczak
Empa-Akademie Dr. Anne SatirGeschäftsführerin
Master in Mikro- und Nanotechnologie (MNT)Dr. Pierangelo GröningDr. Dirk Hegemann
Programme zur Aus- und Weiterbildung
Direktor Stv. Direktor Dr. Gian-Luca Bona (ab 1.9.09) Dr. Peter Hofer (Direktor a.i. bis 31.8.09)
Mechanical Systems Engineering Dr. Giovanni Terrasi
Mechanics for Modelling and Simulation Prof. Dr. Edoardo Mazza
Ingenieur-Strukturen Prof. Dr. Masoud Motavalli
Strassenbau / Abdichtungen Prof. Dr. Manfred Partl
Holz Dr. Klaus Richter
Bautechnologien Dr. Jan Carmeliet
Beton / Bauchemie Dr. Pietro Lura
Hochleistungskeramik Prof. Dr. Thomas Graule
Zentrum für Elektronenmikroskopie Dr. Rolf Erni (ab 1.6.09)
Funktionspolymere Dr. Frank Nüesch
Dünnfilme und Photovoltaik Prof. Dr. Ayodhya N. Tiwari
nanotech@surfaces Dr. Pierangelo Gröning
Nanoscale Materials Science Prof. Dr. Hans Josef Hug
Werkstoff- und Nanomechanik Dr. Johann Michler
Advanced Materials Processing Dr. Patrik Hoffmann
Füge- und Grenzflächentechnologie Dr. Manfred Roth
Korrosion und Werkstoffintegrität Oliver von Trzebiatowski
Empa Fellow Prof. Dr. h. c. Urs Meier
Moderne Materialien, ihre Oberflächen und Grenzflächen Dr. Pierangelo Gröning
Bau- und MaschineningenieurwesenDr. Peter Richner
Materialien und Systeme zum Schutzund Wohlbefinden des menschlichen KörpersMarkus Rüedi
DIREKTION
DEPARTEMENTE
Forschungsprogramme
NanotechnologieProf. Dr. Hans J. Hug
Schutz und Physiologie Dr. René Rossi
Advanced Fibers Dr. Manfred Heuberger
Materials-Biology Interactions Prof. Dr. Harald Krug
Biomaterials Dr. Linda Thöny-Meyer
ABTEILUNGEN
ABTEILUNGEN ABTEILUNGEN
Organigrammportal@empa.chTel. +41 44 823 44 44www.empa.ch/portal
66 | 67
tebo – Technologiezentrumin St. Gallen Peter Frischknecht
Center for Synergetic StructuresEmpa – Festo AGDr. Rolf Luchsinger
NetzwerkZuverlässigkeitstechnikDr. Urs Sennhauser
glaTec – Technologiezentrumin DübendorfMario Jenni
Öffentlich-private Partnerschaften
Adaptive WerkstoffsystemeProf. Dr. Edoarda MazzaProf. Dr. Paolo Ermanni (ETH Zürich)
Materialien für Gesundheitund LeistungsfähigkeitDr. Katharina Maniura
Natürliche Ressourcenund SchadstoffeDr. Peter Hofer
Materialien für EnergietechnologienProf. Dr. Andreas Züttel
Technologie und Gesellschaft Prof. Dr. Lorenz Hilty
Medientechnik Prof. Dr. Klaus Simon
Elektronik / Messtechnik / Zuverlässigkeit Dr. Urs Sennhauser
Akustik / Lärmminderung Kurt Eggenschwiler
Verbrennungsmotoren Christian Bach
Luftfremdstoffe / Umwelttechnik Dr.Brigitte Buchmann
Analytische Chemie Dr. Heinz Vonmont
Kommunikation Dr. Michael Hagmann
Personal André Schmid
Informatik Dr. Christoph Bucher
Finanzen / Controlling / Einkauf Heidi Leutwyler
Konstruktion / Werkstatt Stefan Hösli
Logistik und Infrastruktur Paul-André Dupuis
Bau 3 Forschungsinstitutionen Daniel Beerle
Marketing, Wissens- und Technologietransfer Gabriele Dobenecker
Festkörperchemie und -katalyse Prof. Dr. Anke Weidenkaff
Wasserstoff & Energie Prof. Dr. Andreas Züttel
Informations-, Zuverlässigkeits-und SimulationstechnikDr. Xaver Edelmann
Mobilität, Energie und UmweltDr. Peter Hofer
SupportRoland Knechtle
ABTEILUNGEN ABTEILUNGEN ABTEILUNGEN
ISSN 1424-2176 Jahresbericht Empa© Empa 2009
IMPRESSUM
Herausgeber
Empa
CH-8600 Dübendorf
CH-9014 St.Gallen
CH-3602 Thun
Redaktion
Kommunikation, Empa
Konzept/Gestaltung
Grafikgruppe, Empa
Druck/Ausrüstung
Druckerei Flawil AG
4VorwortDie Empa als Netzwerkerin
6Forschungsprogramme
8 Nanotechnologie10Adaptive Werkstoffsysteme12Natürliche Ressourcenund Schadstoffe14Materialien für Energietechnologien16Materialien für Gesundheitund Leistungsfähigkeit
Der wissenschaftlich-technische Bericht
«Empa Activities 2008/2009» (in Englisch),
weitere Jahresberichte sowie Informations-
material sind direkt erhältlich bei:
Empa
Abteilung Kommunikation
Überlandstrasse 129
CH-8600 Dübendorf
redaktion@empa.ch
Inhalt
Empa
CH-8600 DübendorfÜberlandstrasse 129
Telefon +41 44 823 55 11Telefax +41 44 821 62 44
CH-9014 St.GallenLerchenfeldstrasse 5
Telefon +41 71 274 74 74Telefax +41 71 274 74 99
CH-3602 ThunFeuerwerkerstrasse 39
Telefon +41 33 228 46 26Telefax +41 33 228 44 90
www.empa.ch
Jahresberichticht2008
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