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für Wissenschaft und Technologie
Archiv für Dezember 2011
Fünfzig Jahre bemannte Raumfahrt
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Juri Gagarin startet als erster Mensch ins All
Nachdem am 4. Oktober 1953 der erste Sputnik seine Reise um die Erde angetreten hatte, war endgültig bewiesen, dass sich Flugkörper mit Raketenkraft sicher in eine schwerelose Bahn um die Erde bringen lassen können. Die Raumfahrt war damals ein Prestige-Thema der zwei Machtblöcke von Ost und West, die sich im Zeitalter des Kalten Kriegs mit der Vormachtstellung im Weltraum auch militärische Vorteile versprachen.
Link-Empfehlung der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
Mehr zum Leben im Weltall von der ESA – Link
Mehr zum Inhalt des Videos:
Der Vorsprung, den die russischen Raumfahrtexperten sowohl hinsichtlich theoretischer Erkenntnisse als auch bezüglich praktischer Erfahrungen vor den Kollegen aus dem amerikanischen Westen hatten, hielt sich noch einige Jahre. So gebührt der damaligen UdSSR auch das Verdienst, den ersten Menschen ins All geschossen zu haben. Juri Gagarin startete am 12. April 1961 in seiner Raumkapsel Wostok 1 vom Startplatz in Baikonur zu einer 108 Minuten dauernden Umrundung der Erde. Das Zeitalter der bemannten Raumfahrt war eröffnet, das in den sechziger Jahren mit dem Wettlauf zum Mond fort gesetzt wurde.
Mit den Apolloflügen der amerikanischen Astronauten und ihren spektakulären Landungen auf unserem Trabanten war die weltweite Raumfahrt-Euphorie auf ihrem Höhepunkt. Heute ist die Weltraumstation ISS eine internationale Aktivität, in der Astronauten aus zahlreichen Ländern tätig sind.
Das Video der ESA zum fünfzigjährigen Jubiläum zeigt bedeutende historische Bild- und Filmdokumente aus den Anfängen der bemannten Raumfahrt.
© ESA 2011
Immer mehr Autos fahren elektrisch …
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… aber mit unterschiedlichen Batterie-Konzepten
2011 wird in die deutsche Automobilgeschichte als das Jahr der ersten marktfähigen Elektroautos eingehen. Der iMiev von Mitsubishi, der Opel Ampera und vier Modelle von Renault starten verkaufstechnisch durch. Zusammen mit den Elektromobilen der amerikanischen Tesla Motors und dem Modell der taiwanischen Luxgen – das allerdings in Deutschland noch nicht verkauft wird – stellen wir E-Modelle vor allem im Hinblick auf die unterschiedlichen Batterie-Lösungen vor.
Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
- Forschungsschwerpunkt Elektromobilität und Forschungsfahrzeug FreccO Fraunhofer-Gesellschaft – Link
- Competence E des KIT – Link
- Elektromobilität bei Renault – Link
- Infineon zur Elektromobilität – Link
- Webseite des Opel Ampera – Link
- Daimler zu elektrischen Antrieben – Link
- Konzept i von BMW – Link
Mehr zum Inhalt des Videos:
Das Spektrum der technischen Lösungen für Lithium-Ionen-Batterien im Fahrzeug ist breit: Die amerikanische Tesla, Pionier der E-Mobilität, nutzt für ihre Fahrzeuge handelsübliche Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in PCs zum Einsatz kommen. Rund 6800 solcher kleiner, gewickelter Zellen sind in einem Fahrzeug untergebracht. Der neue Ampera von Opel dagegen, seit November 2011 in Deutschland zu kaufen, setzt auf leistungsstarke und neuartige Lithium-Ionen-Zellen und benötigt nur noch 288 flache Einzelzellen. Aber nicht nur die Leistungsstärke, auch das chemische Innenleben unterscheidet sich bei den Batterietypen, die heute für E-Fahrzeuge zum Einsatz kommen. Noch ist der Lithium-Ionen-Akku der zweiten Generation ein weltweites Experimentierfeld, es geht auch um die weltweite Technologieführerschaft.
Alle Experten, ganz gleich, welchen Lithium-Ionen-Typ sie präferieren, eint eine gemeinsame, noch unbeantwortete Frage: Die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Zellen ist die große Unbekannte. Jahrelanger Dauereinsatz bei Wind und Wetter war bisher für Lithium-Ionen-Akkus nicht erforderlich. Im PC-Bereich, wo die Technologie seit Jahren bewährt ist, gilt eine Lebensdauer von ein bis zwei Jahren als Standard. Automobil-Batterien müssen da länger leben. Niemand weiß heute, ob sie diese erforderliche Leistung auch wirklich erbringen. Wer heute als Hersteller ein Elektroauto im Markt anbietet, muss sich deshalb mit erheblichen Rückstellungen gegen Kundenprotest absichern. Von Sicherheitsaspekten der hochexplosiven Batterietechnik ganz zu schweigen, die beispielsweise den Marktstart des Opel Ampera in Deutschland etwas unruhig verlaufen lassen.
Renault hat für seine vier Modelle, die zur Jahreswende auch in den deutschen Markt kommen, aus der Not eine Tugend gemacht und mit der Ungewissheit in Sachen Haltbarkeit ein Geschäftsmodell entwickelt. Die Franzosen setzen auf ein bisher unbekanntes Modell: Autokauf samt Leasing der Batterie. Sie kann an Wechselstationen rasch ausgetauscht werden. Experten verweisen allerdings darauf, dass das Leasing-Konzept bei größer werdendem Markt mit typen-verschiedenen Batterien zunehmend schwierig wird. Denn anders als beim PC werden wir auf Sicht wahrscheinlich keine weltweit standardisierte Lithium-Ionen-Batterie bekommen. Schon heute gibt es eine bunte Vielfalt unterschiedlicher Zellchemie vor allem im Kathodenmaterial – und ein weltweites Rennen um die Marktführerschaft.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
TV-Fenster: biotechnologie.tv – Folge 93
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Wissensmagazin der Biotechnologie-Branche
Das von der Bundesregierung geförderte biotechnologie.tv berichtet alle zwei Wochen über Aktuelles aus diesem stark wachsenden Sektor in Forschung und Industrie. Die drei Schwerpunktthemen der neuesten Ausgabe in unserem TV-Fenster:
- Bakterien als Wasserstoff-Fabriken
- Computerchips unter der Haut
- Werden wir ewig leben?
© biotechnologie.de 2011
Link-Empfehlungen der Redaktion von HYPERRAUM.TV zu weiterführenden Informationen:
– Mehr Brancheninfos über Biotechnologie.de – Link
– e.conomy der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
– Hightech-Strategie der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
© biotechnologie.de 2011
Das große Fressen der Designer Bugs
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Bioingenieure konstruieren produzierende Mikroorganismen
Der weißen Biotechnologie werden für die nächsten Jahre Wachstumsprognosen bis zu dreißig Prozent vorausgesagt. Sie befasst sich mit der Entwicklung von Enzymen als Biokatalysatoren für die großtechnische Produktion. Ein spezieller Bereich der Biotechnologie: konstruierte Designer-Mikroorganismen mit spezifischen Aufgaben, die sie in der Produktion übernehmen können. Ihr künftiger Einsatz reicht von der Biokunststoff-Produktion bis zur Vernichtung von Schweröl nach einer Havarie.
Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
- Förderprogramme des Bundes zur weißen Biotechnologie – Link
- Hightech-Strategie der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
- zum Rauchgasprojekt der RWE AG mit der BRAIN AG – Link
- zur Produktion von Designer-Mikroorganismen der BRAIN AG – Link
Mehr zum Inhalt des Videos:
Dass kleine Organismen in der Natur erstaunliche Fähigkeiten besitzen, ist an sich keine neue Erkenntnis. Wir finden sie beispielsweise im altbekannten Prozess der Gärung, die Hefepilze im Weinfass vollbringen. Doch erst mit der Molekularbiologie und der Genetik ist es uns gelungen, die grundlegenden biochemischen Reaktionen zu verstehen. Wir wissen heute, dass sie maßgeblich von Enzymen gesteuert werden; Enzyme wirken als chemische Biokatalysatoren auf lebende Organismen. Mit Hilfe der Genetik ist nicht nur das Verständnis der Funktionsweise von Enzymen deutlich gewachsen. Dieses Wissen erlaubt es uns heute sogar, Mikroorganismen gezielt zu „konstruieren“ – mit unterschiedlich rekombiniertem Erbgut. Zweck der genetischen Manipulationen: vorhandene spezifische Fähigkeiten spezieller Mikroorganismen gezielt weiter zu optimieren. Die Fachwelt nennt diese Reagenz-Kreaturen „Designer Bugs“. Ein biotechnologisch gut funktionierender Mikroorganismus ist der erste Schritt auf dem Weg zu einem geeigneten großtechnischen Herstellungsverfahren in einer “Biofabrik”.
Wir stehen heute am Anfang eines neuen Industriezweiges, den die Fachwelt “weiße” Biotechnologie nennt. Die BRAIN AG gehört zu diesen jungen, aufstrebenden Unternehmen, die sich mit industrienahen Forschungen auf diesem Gebiet befasst. In einer Kooperation mit dem Energieversorger RWE wird derzeit eine Demonstrationsanlage entwickelt und getestet. Ziel des Projektes: Designer-Mikroorganismen künftig so zu konfektionieren, dass sie das in konventionellen Kohlekraftwerken erzeugte Rauchgas in Biokunststoffe umwandeln.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Dem Kofferfisch abgeschaut
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Autohersteller folgen dem aerodynamischen Vorbild der Natur
Das aerodynamische Verhalten ist für Flugzeuge wie für Automobile ein wichtiger Parameter. Es beeinflusst neben dem Gewicht des Fahrzeugs den Energieverbrauch maßgeblich. Schon 2005 entwickelte Daimler ein frühes bionisches Konzeptfahrzeug, das dem Kofferfisch nachempfunden ist. Obwohl scheinbar plump, zeigt der Kofferfisch sensationelle Strömungseigenschaften.
Lernen vom Vorbild der Natur: Was den Kofferfisch mit seiner kantigen Form auszeichnet und ihn für Autobauer besonders interessant macht:
- das optimale Verhältnis von Oberfläche zu Volumen
- maximale Steifigkeit bei minimalem Gewicht
- ein außergewöhnliches Strömungsverhalten.
Das Bionic Car von Daimler ist nur ein einziges Mal gebaut worden, dennoch zeigt das frühe Beispiel, dass auch Ingenieure des Fahrzeugbaus von der Natur viel lernen können. Sie erzielten mit dem originalgetreuen Modellnachbau des Kofferfisches im Windkanal einen geradezu fabelhaften Luftwiderstandsbeiwert von nur 0,06. Zum Vergleich: Herkömmliche Autos haben heute einen Wert, der bei 0,3 liegt.
Das Konzept-Auto Bionic Car von Daimler ist über ein einziges gebautes Exemplar nicht hinaus gekommen. Immerhin hat Daimler in Zusammenarbeit mit Bionik-Experten im Zuge dieser Forschungen auch ein eigenes rechnergestütztes materialwissenschaftliches Verfahren entwickelt. Es überträgt das Wachstumsprinzip der Biologie in die Konzeption von Autos. Ingenieure einiger bekannter Automarken lassen heute Karosserie- oder Fahrwerkskomponenten am Rechner wachsen. Bereiche mit geringer Belastung sind dünner gestaltet oder sogar völlig herausgeschnitten, hoch beanspruchte Stellen werden dagegen gezielt verstärkt. Die Grundlagen dieser Methode stammen von dem Biomechaniker Prof. Dr. Claus Mattheck. Schon in den achtziger Jahren hat er Bäumen abgeschaut, wie man mit minimalem Materialaufwand maximale Stabilität erzielen kann. Diese Erkenntnisse hat er später in ein Computerprogramm für die Optimierung von Bauteilen eingearbeitet.
In der CAD-Welt bezeichnet man dieses Verfahren mit dem Terminus „Soft Kill Option“ oder auch mit dem Begriff „Topologieoptimierung“. Es wird für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die geringe Reichweite heutiger Batterien erfordert es, dem Gewicht von Fahrzeugen besondere Beachtung zu schenken – ohne Zugeständnisse bei der Fahrsicherheit.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
