Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Computersimulation ersetzt Labor-Experimente: Essener Chemiker "errechnet" neue Putzmittel

13.02.2002


Wer beim Frühjahrsputz Erfahrung hat, weiß: Schmutzige Fußböden blitzblank zu schrubben, ist Knochenarbeit. Aber Erleichterung steht ins Haus: Dr. Hubert Kuhn, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fach Physikalische Chemie an der Universität Essen, will dem Bad - quasi mit einem "Wisch und weg" - zu porentiefer Reinheit verhelfen. Im Bundesforschungsministerium warb er dafür Fördermittel in Höhe von fast 264 000 Euro ein.

Im Rahmen des in Bonn aufgelegten Programms "Grenzflächenhaftung in technischen Systemen" will Kuhn mit seiner Arbeitsgruppe in Labor- und Computerräumen im Hochschulgebäude an der Schützenbahn in den nächsten drei Jahren "neue Tenside zur Enthaftung von Kontaminationen auf nano- und mikrostrukturierten Oberflächen" entwickeln. Man kann auch - viel einfacher - sagen: Hubert Kuhn will trennen, was nicht zusammen gehört.

Partner dafür hat er in seinem unmittelbaren Nachbarn, der Goldschmidt AG (Degussa), dem Fliesenhersteller Villeroy und Boch und einem Groß-Computer gefunden. Der wird zur Zeit in der bisherigen Maschinehalle an der Schützenbahn aus den Einzelteilen von 128 handelsüblichen Rechnern zusammen geschraubt. Miteinander vernetzt und mit einer Software ausgestattet, die sie immer dann in Betrieb bringt, wenn sie gerade gebraucht werden, erreichen die Maschinen gemeinsam eine Rechenleistung von 128 Gigaflops pro Sekunde. Damit sind sie "listenfähig", denn im Verbund gehören sie zu den 500 schnellsten Rechnern der Welt. "Nur ein Bruchteil so teuer wie ein herkömmlicher Großrechner", freut sich Kuhn über den platzgreifenden Baukasten, der in der Maschinenhalle seinen idealen Standort gefunden hat.

Das Land Nordrhein-Westfalen bezahlt den Rechner und auch die dunkelroten Vitrinen, in denen die Prozessoren - jeweils acht übereinander - akkurat gestapelt sind. Die 110 000 Euro sollen allerdings nicht nur die Entwicklung neuer Tenside, sondern auch die Weiterentwicklung des von Professor Heinz Rehage in der Physikalischen Chemie entworfenen Anti-Virus-Handschuhs befördern. Der Handschuh soll Chirurgen, die sich beim Nähen einer Wunde verletzen, vor vergiftetem Patientenblut schützen. Das Prinzip: Ein in eine Kautschukmatrix eingebettetes Viruzid tötet in den Handschuh eindringende Viren, etwa Hepatitisviren, sofort ab. Das Problem: Die Lebensdauer des Viruzids muss deutlich erhöht werden, damit der Handschuh auch nach längerer Lagerung noch verwendet werden kann. Mit Hilfe des Großrechners sollen dazu geeignete Polymere entwickelt werden.

Was heißt aber Polymere entwickeln? Oder Tenside entwickeln? Kuhn setzt dabei nicht auf das Experiment, sondern auf die Simulation. Wie der Autokonstrukteur sein neues Modell zunächst nur virtuell baut und in vielfältigen Varianten erprobt, "baut" Kuhn Polymere und Tenside am Computer. Am Rechner simuliert er das Verhalten der Moleküle und beobachtet sie, um dann Vorschläge für die Entwicklung neuer Produkte zu entwickeln.

Villeroy und Boch, aber auch andere haben sich beim Nachdenken über solche Produkte an das Lotus-Blatt erinnert, das sich mit der fraktalen Struktur seiner Oberfläche selbst reinigt - weil die Luft in den Poren wie ein Imprägniermittel wirkt. Fliesen, aber auch Badewannen und Spülbecken, die sich selbst reinigen, sind bereits auf dem Markt. So zuverlässig wie vordem die Heinzelmännchen funktioniert der Lotus-Blatt-Effekt aber nicht. Längerfristig bildet sich ein grauer Belag, der viel Chemie und Körperkraft verlangt, bevor er verschwindet. Denn Fliesen-Oberflächen müssen, sollen sie Tritt-Sicherheit bieten, porös - nano- oder mikrostrukturiert - sein. Aber fast zu drei Vierteln bestehen herkömmliche Reinigungsmittel aus anionischen Tensiden, die nicht geeignet sind, die Oberflächenspannung des Putzwassers so weit zu verringern, dass der Schmutz in den Poren benetzt und herausgelöst werden kann. Die "Spreitung" des Wassertropfens zu erhöhen ist Kuhns Ziel. Statt in Experimenten teure Chemikalien zu verbrauchen, deren Entsorgung gleichfalls teuer ist, lässt er den Rechner Tenside entwickeln.

Diese werden im Forschungslabor bei Goldschmidt synthetisiert. Villeroy und Boch liefert die Fliesen, Kuhns Arbeitsgruppe verschmutzt sie "normgerecht", besprüht sie mit Proben der verschiedenen Substrate und misst mit optischem Gerät die Spreitung. Möglichst groß muss sie sein, dann kommt Kuhn seinem Ziel nahe: Ein bisschen Chemie aufs Tuch, einmal wischen, und porentief rein strahlt das Bad.

Das Bundesforschungsministerium hatte solche Bequemlichkeit bei der Zustimmung zu Kuhns Förderantrag kaum im Sinn. Überzeugend ist der ökologische Effekt. Denn heutzutage verbraucht man mehr Putzmittel, als es der Haushaltskasse bekommen und den Wasseraufbereitern recht sein kann.

Monika Roegge | idw

Weitere Berichte zu: Polymer Putzmittel Rechner Tenside

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics