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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.

12 | 13

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

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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

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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.

38 | 39

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.

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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.

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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.

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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

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7000

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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.

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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.

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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

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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