Archiv der Kategorie: Technik

Technik – Fluch und Segen zugleich. Setzen wir sie zum Wohlergehen der Menschen ein!

Bernd Sternal

Autoreifen aus russischer Pusteblume

Technik, Wissenschaft, , , ,

Ein moderner Autoreifen besteht heute aus vielen verschiedenen Materialien, entscheidender Hauptbestandteil ist jedoch seit Anbeginn der Reifenherstellung Naturkautschuk.
Der Naturkautschuk wird heute sowohl in Südostasien wie in Mittel- und Südamerika hauptsächlich aus dem ursprünglich nur im Amazonasbecken vorkommenden Kautschukbaum (Hevea brasiliensis) gewonnen.
Damit ist eine enorme Importabhängigkeit verbunden, die bereits im Zweiten Weltkrieg zu Problemen führte. Bereits seit den 1930 Jahren gab es daher in der Sowjetunion, und später in Hitler-Deutschland, Versuche und Bestrebungen diesen Kautschuk aus einheimischen Pflanzen zu gewinnen. Im Fokus stand dabei die Pusteblume – gewöhnlicher Löwenzahn -, jedoch mangelte es damals an genügend geeigneten Pflanzen sowie an der Extraktionstechnik.

Jetzt hat der Reifenhersteller Continental einen neuen Anlauf genommen und dazu Spezialisten mit ins Boot genommen: die Westfälische Wilhelms-Universität Münster, das Frauenhofer-Institut für Molekularbiologie sowie das Julius-Kühn-Institut Quedlinburg (Bundesforschungs-Institut für Kulturpflanzen).
Was aber ist Naturkautschuk eigentlich, der für Reifen bis heute unersetzlich ist?
Es ist eine kolloide Dispersion in einer wässrigen Lösung (Serum). Hauptbestandteil des Kolloids ist ein Polymer aus Isopren-Einheiten, das cis-1,4-Polyisopren; andere Stoffe sind Proteine und Harze, die die Kolloide stabilisieren. Viele andere Pflanzenarten liefern ebenfalls cis-1,4-Polyisopren von unterschiedlicher Qualität, werden jedoch wenig oder nicht genutzt. Es fehlt bei diesen potentiellen Lieferanten einfach die Menge an Pflanzen und/oder die entsprechenden Gewinnungstechnologien.
Nach jahrelanger Arbeit gibt es nun eine erste Alternative: Der Russische Löwenzahn (Taraxacum kok-saghyz) ist eine Pflanzenart aus der Gattung Löwenzahn (Taraxacum) in der Familie der Korbblütler (Asteraceae). Sie ist ursprünglich in Kasachstan und im westlichen Xinjiang beheimatet. Der Kautschuk ist beim Löwenzahn – der Pusteblume – in der Wurzel enthalten – wir alle kennen diesen weißen klebrigen Saft. Der russische Löwenzahn ist gegenüber dem einheimischen kleiner und hat einen viel hören Kautschukgehalt. Seine Wurzel besteht zu 15 Prozent aus Kautschuk.
Der Leiter dies Forschungsteam, Professor Dirk Prüfer, von der Universität Münster berichtet, das schon bei den ersten Experimenten klar war, dass der Kautschuk des Löwenzahns genau so gut ist, wie der vom Kautschukbaum. Inzwischen ist der Löwenzahn vom Quedlinburger Züchterinstitut so optimiert worden, dass der Kautschuk-Gehalt stabil ist.

Bei der Standortwahl für das Versuchslabor kam der Zufall zu Hilfe. Professor Prüfer stellte diese Idee 2013 auf Biotechnologie-Tagen in Anklam vor und stieß in der Stadt auf großes Interesse. Es gab ausreichend geeignete Böden in der Umgebung und auch Landwirte, die bereit waren dieses „Unkraut“ auch anzubauen. Zudem kannte man sich aus, mit der Verarbeitung von Wurzeln, denn in Anklam produziert die einzige Zuckerfabrik in Mecklenburg-Vorpommern.
Technologien wurden entwickelt, Extraktionsverfahren, der russische Löwenzahn wurde züchterisch behandelt und versuchsweise angebaut. 2017 bauten Landwirte von vier Unternehmen rund um das nahe gelegene Ducherow erstmals im landwirtschaftlichen Kontext Löwenzahn auf etwa 30 Hektar an. Vor kurzem wurde nun die Ernte eingefahren. Das Blattgrün blieb dabei auf dem Acker, die Wurzeln wurden nach Anklam gebracht. Über eine Auswilderung dieses Löwenzahns muss man sich nach Aussagen von Prof. Prüfer nicht sorgen, dies sei züchterisch gelöst worden. Jedoch bestehe das Ziel größere Wurzeln zu bekommen und einen Ertrag von einer Tonne Kautschuk pro Hektar Anbaufläche zu erzielen; das würde dem Ertrag von Kautschuk-Plantagen entsprechen.
Jetzt wurde in Anklam von Continental ein Forschungs- und Versuchslabor eröffnet. Dort werden die Löwenzahn-Wurzeln in Mahlwerken mir Wasser zerquetscht, wobei der Kautschuk herausgewaschen wird. Dazu seien keine giftigen Lösungsmittel notwendig, wie versichert wird. Die Rückstände sollen dann zukünftig in Biogasanlagen verarbeitet werden.
Eine tolle Idee, die sich hoffentlich wirtschaftlich umsetzen lässt: Es wäre unserer Landwirtschaft zu wünschen und auch ökologisch wäre es ein Schritt nach vorn.

Liquid Biopsy – eine revolutionäre Technologie zur Krebsfrüherkennung

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Die Idee sowie auch die erste Umsetzung der Liquid Biopsy stammt von dem chinesischen Labormediziner Dennis Lo. Unter dieser Methode versteht man die Entnahme und Untersuchung von flüssigem Gewebe (Blut) aus einem lebenden Organismus.
Lo forscht an der Universität von Hongkong und ihm gelang nach langer, intensiver Forschung 1997 der Nachweis, das im Blut schwangerer Frauen DNA-Bruchstücke des ungeborenen Kindes zirkulieren. Durch diese Entdeckung konnte ein Bluttest entwickelt werden, der werdenden Müttern schon in der frühen Phase einer Schwangerschaft informiert, ob ihr Fötus an Trisomie 13 ((Pätau-Syndrom), Trisomie 18 (Edwards-Syndrom) oder 21 Trisomie ((Down-Syndrom) leidet.

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Nun bestehen zudem berechtigte Hoffnungen, dass die Liquid Biopsy auch bei der Krebsfrüherkennung bzw. Krebsvorsorge erfolgreich eingesetzt werden könnte.
Krebs kann jeden treffen – zu jedem Zeitpunkt und in jedem Alter. Wann immer sich eine von den unzähligen Milliarden Körperzellen teilt, kann ein Kopierfehler im Erbgut zu Wildwuchs führen. Leider gleicht immer noch fast jede zweite Krebsdiagnose einem Todesurteil, auch wenn die Therapiemöglichkeiten in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht haben. Die Gründe dafür liegen auch darin begründet, dass die Tumore oftmals einfach zu spät erkannt werden.
Da wäre es doch ein Segen, wenn durch einen einfachen Bluttest Krebs früh erkannt und dann auch geheilt werden könnte. Nach Dennis Los Erfolg bei den Schwangerschaftstest kam diese Idee auf, galt jedoch zunächst als kühne Vision. In den letzten Jahren jedoch zeichnen sich erstaunlich schnell erste Erfolge ab.
Bei vielen Tumoren lösen sich ständig tote Zellen ab und Bruchstücke davon zirkulieren im menschlichen Blutkreislauf. Das mutierte Erbgut unterscheidet sich von dem, gesunder Zellen und könnte theoretisch bei einem Bluttest separiert und ermittelt werden: theoretisch.
Das Konzept ist brillant, doch seine Umsetzung stellt extrem hohe Hürden. Es müssen einige wenige mutierte Genbruchstücke zwischen unendlich vielen gesunden aufgespürt werden; dazu ist eine riesige Datenanalyse notwendig. Zudem hat jede Krebsart ihre eigenen, verschiedenen, mutierten Gensequenzen, die jedoch auch erkannt und zugeordnet werden müssen. Denn Fehlalarm oder eine falsche Zuordnung zu einem Tumor würden mitunter mehr Schaden als Nutzen verursachen.
Das angesehene Forscherteam um Nickolas Papadopoulos vom US-amerikanischen Johns Hopkins Kimmel Cancer Center hat nun ein entsprechendes Projekt vorgelegt. Der von diesem Team entwickelte Test CancerSEEK sucht nach den acht häufigsten Krebstypen. Der Test muss zuverlässig, aber auch bezahlbar sein. Er soll nach den acht häufigsten Krebstypen suchen. In den USA soll er im Rahmen einer fünfjährigen Studie bei 50 000 Frauen im Rentenalter zum Einsatz kommen. CancerSEEK sucht in diesem Test nach 16 Krebsmutationen und acht Eiweißstoffen, die im Zusammenhang mit Tumoren auftreten. Die bisherigen Testergebnisse bei Personen, bei denen bereits Krebs diagnostiziert wurde, macht Hoffnung: Bei 70 Prozent dieser Personen konnte auch der Bluttest anschlagen.
Es ist ein äußerst komplexer Rest, der da in Zukunft entwickelt werden muss. Jede Krebsart hat ihren eigenen genetischen Fingerabdruck und alle unter einem Test zu vereinen scheint derzeit noch in weiter Ferne. Zudem kommen weitere Leiden hinzu, die das Blutbild stark beeinflussen könnten, wie z.B. entzündliche Erkrankungen.




Eine Mammutaufgabe also, die zwar machbar erscheint, jedoch viel Zeit und noch mehr Geld kostet. Das Forschungsteam konnte jedoch mit einem 2016 gegründeten Joint Venture bisher über eine Milliarde Dollar einsammeln, die unter anderem von Bill Gates, Amazon-Chef Jeff Bezos sowie führenden Pharmaunternehmen stammen. Auf diesem ambitionierten Weg der Krebsforschung werden derzeit Blutproben von 120.000 Frauen gesammelt, um einen Test für die Früherkennung von Brustkrebs zu entwickeln. Es ist also nicht nur Hoffnung als Steif am Horizont, sondern es kann wohl von einer Medizin-Technologie gesprochen werden, die in Zukunft einmal die Krebsfrüherkennung revolutionieren könnte. Die Hoffnung stirbt zuletzt und in diesem Fall hoffentlich nie.

Große Entdecker und Erfinder – Julius Albert, der Erfinder des Drahtseils

Geschichte, Technik, , , , ,

Mehrere Jahrhunderte lang war der Bergbau Haupterwerb im Harz sowie in vielen weiteren Regionen weltweit. Im Harz wurden insbesondere die verschiedensten Erze gewonnen und brachten den Harzer Orten Arbeit und Wohlstand. Aber die Erzvorkommen wurden weniger, die Schächte mussten immer tiefer ins Gebirge getrieben werden. Das verursachte Kosten, die den Bergbau nicht nur in der Harzregion zunehmend unwirtschaftlich machten. Ein wichtiger Kostenfaktor in der Zeit um 1800 waren Seile. Sie mussten vielfältig im Bergbau eingesetzt werden. Jahrhundertelang waren diese Seile zunächst aus Hanf, die später, nach entsprechenden technologischen Fortschritten in der Stahlverarbeitung, durch Kettenseile abgelöst wurden. Die Hanfseile unterlagen einem enormen Verschleiß, die Kettenseile waren verschleißfester, hatten aber ein riesiges Gewicht. So war das Gewicht eines Kettenseiles von 400 m Länge fünfmal so groß wie das einer mit Erz gefüllten Lore. Zudem bestanden enorme Gefahren bei den Kettenseilen, denn wenn ein Glied zerstört wurde, war das ganze Seil unbrauchbar und im Einsatzfall des Schachtes drohte es zu reißen: mit enormen Konsequenzen.
Eine technische Lösung, die das Gewicht des Hanfseils und die Tragfähigkeit und Verschleißfestigkeit des Kettenseils vereinte, wäre für den Harzer Bergbau und den Bergbau allgemein eine revolutionäre Lösung gewesen.

Porträt des Drahtseilerfinders Julius Albert, Zeichnung von Unbekannt, 19. Jahrhundert
Porträt des Drahtseilerfinders Julius Albert, Zeichnung von Unbekannt, 19. Jahrhundert

Dem Oberbergrat Julius Albert gelang es gemeinsam mit dem Bergschmied Mummenthey nach vielen Versuchen, Experimenten und Berechnungen das erste Drahtseil aus Eisen herzustellen. Aus drei Litzen zu je vier Drähten, drehten die beiden Erfinder ein Seil, das sechsmal mehr Tragkraft hatte als ein Hanfseil und viermal mehr als ein Kettenseil, welches jedoch achtmal schwerer war als das Drahtseil. Erste Praxisversuche wurden erfolgreich im Februar 1834 in der Grube Caroline (Clausthal-Zellefeld) durchgeführt. Heute werden die Albertschen Drahtseile weltweit in allen denkbaren Branchen eingesetzt.
Im Vorfeld dieser Entwicklung stellte Albert umfangreiche Belastungsforschungen an, wozu er eine Testmaschine konstruierte und baute. Er fand heraus, dass neben der Last vor allem die Häufigkeit der Beanspruchung für die Materialermüdung maßgebend ist. Mit Albert begann die systematische Erforschung der Schwingfestigkeit noch vor August Wöhler, nach dem der Wöhlerversuch, ein Versuch zur Ermittlung der Dauerschwingfestigkeit, benannt wurde .
Der Erfinder Wilhelm August Julius Albert stammte aus Hannover, wo er am 24. Januar 1787 geboren wurde. Sein Vater war Bürgermeister in der Neustadt von Hannover. Nach der Schule begann Albert in an der Universität Göttingen Rechtswissenschaften zu studieren, wechselte dann jedoch in das Bergfach über. Nach Abschluss seines Studiums im Jahr 1806 erhielt Albert seine erste Anstellung als Auditor bei den Berg- und Forstämtern der Harzer Bergstädte Clausthal und Zellerfeld. Schnell machte er Kariere und war ab 1808 als Bergschreiber tätig. 1809 berief ihn der von Napoleon eingesetzte Bergbau-Generalinspekteur, Ingenieur Antoine-Marie Héron de Villefosse, zum Ingenieur en Chef und Divisions-Secretär bei der Harz-Division. Zusammen mit Villefosse erarbeitete Albert die Beschreibung über den Mineralienreichtum des bergmännischen Harzes. 1814 wurde er zum Zehntner in Clausthal ernannt, was eine Art Finanzbeamten des Landesherrn für den Bergbau entsprach. 1817 erhielt Albert den Titel eines Bergrates verliehen und wurde zudem Expedient der Berghauptmannschaft. In dieser Position war er für den Absatz der Bergbauprodukte zuständig. Ab 1821 oblag ihm auch die Administration der Münze in Clausthal; 1825 wurde er Oberbergrat. Nach dem Tode von Friedrich Otto Burchard von Reden wurde Albert 1836 dessen Nachfolger als hannoverscher Berghauptmann und leitete damit das Berg-, Hütten- und Forstwesen im welfischen Teil des Harzes. 1841 wurde er zum außerordentlichen Mitglied des Staatsrates im Königreich Hannover berufen.




Alber war ein großer Förderer und Initiator, insbesondere für die Berg- und Forstschule in Clausthal, sowie des Knappschaftswesens im Oberharz. Unter einer Bergknappschaft wird ein organisatorischer Zusammenschluss in einem Bergwerk oder in einem Revier verstanden, der die Arbeitnehmerinteressen vertritt. Zudem war eine neue Feuerordnung auf Alberts Wirken zurück zu führen. Gemeinsam mit Berghauptmann von Reden beauftragte er den Berggeschworenen Georg Ludwig Dörell eine neue Fahrkunst zu bauen und im Spiegelthaler-Richtschacht zu erproben. Diese Bergbau-Innovation basierte auf einem Modell des Kunstjungen Lichtenberg und wurde ein großer Erfolg, der den Bergbau revolutionierte und bald europaweit Furore machte.
In der Nacht vom 15. bis 16. September 1844 wurde Clausthal durch eine Feuersbrunst heimgesucht. Albert wirkte in dieser Nacht persönlich bei der Bekämpfung des Feuers mit und erlitt wegen Überanstrengung einen gesundheitlichen Zusammenbruch. 22 Monate später verstarb er. Die Beisetzungsfeier erfolgte unter Anteilnahme der Oberharzer Bevölkerung in einem Festumzug mit Fackelträgern und den Würdenträgern der Stadt. Etwa 500 Bergleute mit Grubenlichtern, darüber hinaus Wald- und Hüttenarbeiter mit Fackeln, standen dabei Spalier.
Alberts Grabstätte auf dem Alten Friedhof in Clausthal wurde 1934 im Zuge der 100-Jahr-Feier zur Erfindung des Drahtseils zu einem kleinen Mausoleum umgestaltet. In Clausthal-Zellerfeld trägt die „Oberbergrat-Albert-Schule“ seinen Namen. Wilhelm August Julius Albert ging durch seine Leistungen und Erfindungen in die Technikgeschichte ein.

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Bereits 1823 hatte der französische Ingenieur Marc Seguin Seile mit parallel liegenden Stahldrähten verwendet. Jedoch konnten diese Drahtseile viele Anforderungen nicht erfüllen, so war ein Aufrollen der Seile kaum möglich und auch die Tragfähigkeit war nur mäßig. Julius Albert entwickelte daher das geschlagene Seil, bei dem die einzelnen Drähte zu Litzen und mehrere Litzen dann zu einem Seil verdreht – also geschlagen – werden. Alberts Erfindung, Entwicklung und Konstruktion des im Gleichschlag (auch Albertschlag) hergestellten Drahtseils wird bis heute angewendet.