Industrie + Technik

Vanille und Pfeffer aus Osnabrück | Im <link href="#nadc20234134918-fig-0001">Forschungszentrum Agrarsysteme der Zukunft erforschen Wissenschaftler:innen der Hochschule Osnabrück, wie sich Vanille, Salate und weiteres Gemüse in der neuen Indoorfarm mit Dachgewächshaus am Campus Haste anbauen lässt. Forschungs- und Studi-Projekte untersuchen, was die Pflanzen an Nährstoffen und Licht benötigen und wie sich die Energieströme optimieren lassen. Das Foto rechts zeigt ein Sensorsystem über den Regalebenen der Anzuchtkammer für Salatpflanzen. MB<figure xml:id="nadc20234134918-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/GLDPRig6ROKtUXsVsZF7"><figcaption><label>Abb.1: </label>Anzuchtkammer für Salatpflanzen. Foto: Aileen Rogge, Hochschule Osnabrück</figcaption></figure></figure>

Meldung

Gewürze

Tinte und Transistor | Zwei Teams der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt haben mit Forschungspartnern versucht, Dünnfilm-Transistoren mit Metalloxiden auf hitzeempfindliche Materialien wie Papier und Polyethylenterephthalat zu drucken. Das hat nicht funktioniert, doch die Beteiligten werten das Projekt Foxip als Erfolg. Denn daraus entstanden eine neue Druckertinte und ein Transistor mit Memory-Effekt.<a href="https://sfa-am.ch/foxip.html" target="_blank">sfa-am.ch/foxip.html</a>Stoffstrombild | Die Nachfrage nach Kunststoffen war im Jahr 2021 etwas höher als zuvor. Dies zeigt das alle zwei Jahre erscheinende Stoffstrombild des Marktforschungsunternehmens Conversio im Auftrag von BKV, einem Zusammenschluss von Unternehmen und Verbänden der Kunststofferzeugung, -verarbeitung und des -maschinenbaus. Demnach betrug die Kunststoffproduktion im Jahr 2021 inklusive Kleber, Farben und Lacke etwa 21,1 Mio. Tonnen nach 20 Mio. Tonnen im Jahr 2019. Zu Kunststoffprodukten verarbeitet hat die Industrie 14 Mio. Tonnen Kunststoff, davon waren etwa 12 Prozent Rezyklate. Der Inlandsverbrauch von Kunststoffprodukten beim Endverbraucher lag bei 12,4 Mio. Tonnen, die Kunststoffabfallmenge betrug etwa 5,7 Mio. Tonnen.<a href="https://bkv-gmbh.de" target="_blank">bkv-gmbh.de</a>Synthetische Kraftstoffe | Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Forschungsprojekt „Namosyn – Nachhaltige Mobilität durch synthetische Kraftstoffe“ hat nun den Abschlussbericht vorgelegt. Das Projekt hat Verfahren zur Herstellung bestimmter E-Fuels entwickelt und diese Kraftstoffe im Motor getestet [Nachr. Chem. 2021, 69(9), 41]. 39 Partner aus Forschung und Industrie haben an Syntheserouten, Verbrennungseigenschaften und Materialkompatibilität dieser E-Fuels geforscht. Zudem wurden in einer Systemanalyse das CO2-Einsparpotenzial und die Kostenstruktur untersucht und bewertet.<a href="https://dechema.de/namosyn_abschluss" target="_blank">dechema.de/namosyn_abschluss</a>Plastikmüll überwachen | Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie haben mit Partnern aus den Niederlanden und Australien Annahmen für den Transport von Plastik in Flüssen überprüft. Die Menge Plastikmüll in Flüssen könnte demnach bis zu 90 Prozent größer sein als vermutet. Die neuen Erkenntnisse sollen dabei helfen, das Monitoring zu verbessern und Plastik aus Gewässern zu entfernen.doi: 10.1016/j.watres.2022.119078Maren BulmahnUS-Regierung: Batteriewirtschaft | Die Regierung der USA investiert 2,8 Mrd. US-Dollar in die Batteriewirtschaft. Sie fördert Firmen und Start-ups aus der Batterieproduktion, darunter einen Recycler. Finanzierungsgrundlage ist der „Infrastructure Investment and Jobs Act 2021“. Mit etwa 135 Mrd. US-Dollar sollen kritische Mineralien gefördert und verarbeitet sowie Batterien hergestellt werden.Chem. Eng. News 2022, 38, 11Paul Kuschmitz

Für die und aus der Industrie

Aufgrund einer Werksschließung bei 3M in Belgien fällt dieser Lieferant bestimmter Vorprodukte für Pipettenspitzen aus, und zwar speziell für Low-Retention- und Ultra-Low-Retention-Pipettenspitzen. Labore, die sie brauchen, haben ein Problem – für das es bereits Lösungsansätze gibt.Jeder Laborant hat beim <link href="#nadc20234133767-fig-0001">Pipettieren schon mal Folgendes beobachtet: Er hat die Flüssigkeit aus der Pipettenspitze abgegeben, aber innen oder unten an der Spitze zeigen sich dennoch Tröpfchen oder ein dünner Film. Ein Teil der Flüssigkeit ist in der Spitze zurückgeblieben. Das kann passieren, wenn Schaumbildner, besonders viskose Flüssigkeiten, zum Beispiel Glycerol, oder solche mit geringer Oberflächenspannung, zum Beispiel Isopropanol, in der Pipette waren. Oder wenn Proben für biologische Anwendungen wie PCR mit Detergenzien wie Natriumdodecylsulfat versetzt sind. Die Effekte der Oberflächenenergie der Pipettenspitzen und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit lassen sich schwer abschätzen.<figure xml:id="nadc20234133767-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/nO1C4FtFTHyo86gYDlMo"><figcaption><label>Abb.1: </label>Damit die gesamte Flüssigkeit aus Low-Retention-Pipettenspitzen läuft, bestehen einige aus Kunststoffen mit einem fluorhaltigen Additiv. Foto: eplisterra / Adobe Stock</figcaption></figure></figure>Diesen Unsicherheiten wirken speziell beschichtete Produkte entgegen, die Low- oder Ultra-Low-Retention-Pipettenspitzen. Für die Laborpraxis kommt es letztlich darauf an, das System Pipette plus Pipettenspitze auf präzises Dosieren hin zu kalibrieren und es für die jeweilige Anwendung zu validieren. Zielvorgaben können eine hohe Wiederfindungsrate oder eine definiert gute Wiederholbarkeit (Präzision) sein. Die Anforderungen an das analytische Labor steigen mit sinkenden Probenvolumina. Und im Biolabor sind Verluste teurer Reagenzien, etwa von Restriktionsenzymen oder Polymerasen, so weit wie möglich zu vermeiden.Eine Beschichtung auf dem Kunststoff verändert das Oberflächenverhalten der Pipettenspitze: Sie senkt die Oberflächenspannung. Dafür werden bestimmte Additive bei der Herstellung des Kunststoffs zugegeben, darunter per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS). Die Oberflächen fluorierter Polymere weisen nur etwa die Hälfte der Oberflächenspannung von Kohlenwasserstoffoberflächen auf.1) Dies ist bei Low-Retention-Pipettenspitzen das Ziel. Das Additiv dafür ist nun knapp geworden, nachdem der Produzent 3M Belgium ein Werk auf unbestimmte Zeit schließen musste.<h2 type="main">Umweltprobleme führten zur Schließung</h2>Die PFAS sind auch der Grund für die Werksschließung bei 3M Belgium. Denn diese Substanzen sind fast inert – einmal in die Umwelt gelangt, werden sie dort nur sehr langsam abgebaut. Das Werk hat jahrzehntelang PFAS freigesetzt. Mangelhafte Wasseraufbereitung hatte zur Folge, dass die Chemikalien in die Luft verdunsteten und in die Umgebung gelangten. Unter anderem in den Eiern von Freilandhühnern wurden PFAS nachgewiesen, und zwar bis zu Konzentrationen, bei denen ein Mensch nach Verzehr eines einzigen Eis die Höchstgrenzen der EU-Empfehlung von maximal 4,4 Nanogramm pro Kilogramm Körpergewicht überschreiten würde.2)<h2 type="main">Konsequenzen für die Halbleiterbranche</h2>Zu den Umweltbelastungen dürften die Mengen an oberflächenmodifizierenden Substanzen für Pipettenspitzen kaum geführt haben. Die größeren Mengen gehen an andere Abnehmer, vor allem die Halbleiterindustrie. Diese nutzt PFAS als Kühlmittel. 3M Belgium soll 80 Prozent der Kühlmittel für die Halbleiterindustrie weltweit hergestellt haben.2) Zu den Kunden zählen Unternehmen wie Samsung, SK Hynix, Taiwan Semiconductor und Intel.Hoffnung auf eine Sanierung von Standorten mit PFAS-Ewigkeitslasten, die Wiederaufnahme der Produktion und eine ausreichende Wasseraufbereitung macht jetzt ein zum Patent angemeldetes Verfahren der University of California:3) Das verunreinigte Wasser wird mit Wasserstoff versetzt, die Wassermoleküle polarisiert und dadurch reaktionsfreudiger. Anschließend zersetzen sich die PFAS unter Katalyse und kurzwelliger UV-Strahlung zu kleineren, ungefährlichen Molekülen – und zwar bei fast 100-prozentiger Umsetzung.<h2 type="main">Unterschiedliche Signale und Strategien</h2>Die Folgen der Werksschließung merken Hersteller von Pipettenspitzen, Fachhändler und diejenigen Labore, die ihre Vorräte aufgebraucht haben, die sie während der Coronapandemie angelegt hatten. Selbst Kliniklabore melden Pipettenspitzenmangel. Die Reaktionen der Pipettenspitzenlieferanten fallen unterschiedlich aus. Einige nehmen Bestellungen von Low-Retention-Produkten an, um liefern zu können, sobald sich die Situation entspannt. Wann das sein wird, lässt nicht abschätzen. Andere Hersteller verwenden statt des Beischlags von 3M Belgium alternative Kunststoffadditive und bleiben damit lieferfähig.Wieder andere verzichten ganz auf die Beschichtung und erreichen den Low-Retention-Effekt mit speziellen Verfahren, die Pipettenspitzen mit homogenen Oberflächen und ohne Fehlstellen erzeugen. Anwender haben solche Produkte getestet und für gut befunden.Die Grenzen sind allerdings bei Pipettierrobotern erreicht. Denn wenn ein Laborant die Pipette mit der Hand bedient, hält er sie schräg und streift sie am Ende ab – und erreicht so in der Regel die gewünschte Performance. Dieses komplexe Handling schafft ein Roboter nicht. Wer Automaten nutzt, fragt weiterhin die Low-Retention-Klassiker mit Beschichtung nach.Kritisch ist die Situation für Pharmalabore, die in ihren Standardarbeitsanweisungen (Standard Operating Procedures, SOPs) explizit Low-Retention-Pipettenspitzen aufführen. Teilweise sind sie aus Gründen der Genauigkeit notwendig, oder es stehen sogar bestimmte Produkte mit Artikelnummern in den SOPs. Fehlen die Produkte im Labor, ist eine SOP nicht erfüllt, wenn das Labor eine andere Pipettenspitze einsetzt, und eine entsprechende Qualitätsprüfung darf gar nicht durchgeführt werden. Hier bleibt nur der Versuch, die Anforderungen an die bestehende SOP mit einer anderen Pipettenspitze zu erfüllen oder eine ganz neue SOP zu erarbeiten. Oder man wartet, bis klassische Low-Retention-Produkte wieder verfügbar sind.Unangenehm kann es für Vielverbraucher werden, wenn sie zum Beispiel in folgende Situation geraten: Bei der Befüllung einer 96-Well-Platte mit einer Multikanalpipette hat sich eine der Low-Retention-Pipettenspitzen gelöst. Normalerweise würde diese 96-Well-Platte dann verworfen. Bei Pipettenspitzenmangel fällt das schwer. Im Vorteil sind Labore mit einem konstruktionsbedingten Schutz davor, dass sich einzelne Pipettenspitzen lösen.Der promovierte Chemiker Christian Ehrensberger ist freier Mitarbeiter der Nachrichten aus der Chemie.<h2 type="main">AUF EINEN BLICK</h2>Ein Werk von 3M Belgium kontaminierte seine Umgebung mit per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) und musste daher seine Produktion im Jahr 2022 einstellen.PFAS werden Kunststoffen für Pipettenspitzen mit besonders geringer Oberflächenspannung (low retention) zugesetzt. Diese Additive fehlen jetzt.Der Low-Retention-Effekt lässt sich auch über andere Herstellverfahren erreichen. Allerdings eignen sich solche Pipettenspitzen oft nicht für Pipettierroboter.<ul class="references" xml:id="nadc20234133767-bibl-0001" style="numbered" cited="no"><li xml:id="nadc20234133767-bib-0001">1 J. M. Scheringer, I. T. Cousins et al., Environ. Sci.: Processes Impacts, 2020, 22, 2345, doi: 10.1039/D0EM00291G</li><li xml:id="nadc20234133767-bib-0002">2 <a href="https://www.heise.de/news/Chiphersteller-weltweit-betroffen-3M-Umweltschleuder-in-Belgien-geschlossen-6662257.html" target="_blank">www.heise.de/news/Chiphersteller-weltweit-betroffen-3M-Umweltschleuder-in-Belgien-geschlossen-6662257.html</a> (Stand 19.12.2022)</li><li xml:id="nadc20234133767-bib-0003">3 <a href="https://www.chemie.de/news/1178929/neue-methode-zur-beseitigung-von-umweltverschmutzungen-zerstoert-giftige-ewige-chemikalien.html?utm_source=newsletter&amp;utm_medium=email&amp;utm_campaign=chemde&amp;WT.mc_id=ca0259" target="_blank">www.chemie.de/news/1178929/neue-methode-zur-beseitigung-von-umweltverschmutzungen-zerstoert-giftige-ewige-chemikalien.html?utm_source=newsletter&amp;utm_medium=email&amp;utm_campaign=chemde&amp;WT.mc_id=ca0259</a> (Stand 20.12.2022)</li></ul>

Artikel

Wenn die Low‐Retention‐ Pipettenspitzen fehlen

Produkte aus recyceltem Kunststoff, Mauerwerk oder organischen Photozellen erhielten einen der 14 Ecodesign-Preise 2022.Der Bundespreis Ecodesign ist die höchste staatliche Auszeichnung für ökologisches Design in Deutschland. Das Bundesumweltministerium, das Umweltbundesamt und das Internationale Design Zentrum Berlin verleihen den Preis für besonders nachhaltig und intelligent gestaltete Produkte in verschiedenen Kategorien.Zu den ausgezeichneten Produkten gehört der recycelbare Bürohocker Flex Perch der Firma Steelcase aus München (<link href="#nadc20234133763-fig-0001">Foto). Der Stehhocker ist den Angaben zufolge das weltweit erste Möbelstück aus Kunststoff eines BASF-Projekts zum chemischen Recycling (Chemcycling). Der Rohstoff stammt aus einem Abfallstrom der Elektronikproduktion.<figure xml:id="nadc20234133763-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/hVBrY64hS2yiF9pY2fjV"><figcaption><label>Abb.1: </label>Stehhocker mit Kunststoff aus dem Chemcycling-Projekt von BASF. Foto: IDZ | Steelcase</figcaption></figure></figure>Ebenfalls für ein Sitzmöbel erhielt das niederländische Unternehmen Circuform in der Kategorie Service den Ecodesignpreis. Der Stuhl Rex aus recycelten Industrieabfällen wie Bürostuhlteilen, Fischernetzen oder Teppichen lässt sich ausleihen und an örtlichen Sammelstellen wieder abgeben. Rex sei wiederverwendbar und reparierfähig, das Sammelsystem mache ihn für Verbraucher:innen attraktiv.<h2 type="main">Kategorie Nachwuchs</h2>Die Industriedesignerin Hélène Fontaine, Kunsthochschule Halle, gewann mit Gewächshausfolien für 2harvest aus den Niederlanden. Sie integrierte organische Photovoltaikzellen in PET-Folie.Maren Klamser, Universität Weimar, siegte mit 5 Tons: Aus einem recyclingfähigen Feststoff aus Ziegelmehl von Mauerwerksbruch und rezyklierter Gesteinskörnung aus mineralischem Bauschutt entstand ein Trockenstapelsystem für Mauersteine. Die Form der Steine mache Mörtel überflüssig.Sascha Greilinger, Hochschule für angewandte Wissenschaften Coburg, hat die App Peakpick entwickelt. Der Kalender für grünen Strom soll helfen, den Verbrauch an die Erzeugung durch Wind- und Solaranlagen anzupassen.Milan Bergheim, Kunsthochschule Berlin, hat zwei Programme entwickelt, um den CO2-Ausstoß deutscher Moore zu verringern. Sie koordinieren das Wiedervernässen und erstellen einen digitalen Zwilling. MB

Ecodesign

Von Sitzmöbeln und Folien

Photosynthese aus Japan | Bei einem Wettbewerb des Europäischen Innovationsrats zur künstlichen Photosynthese sollte ein funktionsfähiger Prototyp kontinuierlich synthetischen Kraftstoff aus CO2 und Sonnenenergie erzeugen. Den mit fünf Millionen Euro dotierten ersten Preis gewann ein Team der Universität Tokio. Es erzeugte mit einem 100 m2 großen Solarpanel 72 Stunden lang aus Wasser genügend Wasserstoff, um damit nach einem Verfahren des japanischen Erdöl- und Erdgasunternehmens Inpex CO2 kontinuierlich zu Methan zu hydrieren und damit einen Verbrennungsmotor anzutreiben.Zur Website: <a href="https://t1p.de/odpyp" target="_blank">t1p.de/odpyp</a>Lebensmittel aus Zellkulturen | Mehr als 70 Unternehmen, die in Japan Lebensmittel aus Zellkulturen herstellen oder vermarkten, haben sich zu einem Verband zusammengeschlossen und Standards für die Regulierung derartiger Produkte ausgearbeitet. Weltweit werden bereits Lebensmittel wie Fleisch, Eier, Milch und Meeresfrüchte aus Zellkulturen der entsprechenden Tierarten hergestellt. Nach Vorstellung des Verbands sind keine grundsätzlich neuen Regulierungen nötig, da sich die Produkte nur durch die Art der Verarbeitung von traditionellen Lebensmitteln unterscheiden.Rolf Schmid, <a href="https://www.bio4business.eu" target="_blank">www.bio4business.eu</a>

Blick nach Asien

Zellkultivierungssystem I Green Elephant Biotech aus Gießen produziert Zellkulturartikel. Die Cellscrew-Technik des Spin-offs der Technischen Hochschule Mittelhessen bietet verglichen mit der klassischen Rollerflasche eine größere Wachstumsoberfläche bei gleichem Volumen. Geschäftsführer sind Joel Eichmann und Felix Wollenhaupt (Handelsregistereintrag vom 28.1.22).Beschichtungen I Excellence Coatings aus Paderborn bietet Beschichtungen auf Silikonbasis, die verhindern, dass Schmutz und Wasser an der Oberfläche haften. Die Technik des Start-ups erzeugt definierte Silikonpolymerphasen auf der Oberfläche als Teil der Polymermatrix. Die Beschichtung stabiler, kratzfester und dauerhaft leichter zu reinigen sein als andere silikonbasierte Alternativen. Geschäftsführer sind David Wedegärtner, Sven Wauschkuhn und Deniz Dogan (7.3.22).Expressionssysteme I Picea Biosolutions aus Ohlsbach in Baden-Württemberg entwickelt Expressionssysteme für Enzyme vom Pikoliter bis zur großtechnischen Fermentation. Picea baut auf Erfahrung in der Organismenentwicklung für die Industrie wie Bakterien, Hefen und Pilze. Piceas maßgeschneiderte Enzymlösungen sind etwa in der Lebens- und Futtermittelindustrie einsetzbar. Geschäftsführer ist Tobias Stadelmann (5.5.22).Oberflächenstrukturen I Nanoshape aus Karlsruhe veredelt Oberflächen medizinischer Implantate. Das Spin-off des Karlsruher Instituts für Technologie ändert die Struktur der Oberfläche auf Nanoebene so, dass sie antibakteriell wirkt, Bakterien also schlechter an der Oberfläche haften oder bei Kontakt sterben – je nach Bakterienart. Geschäftsführer sind Patric Doll und Litsy Hüschelrath (23.11.22).Holger Bengs, European Chemistry Partnering, schaut für die Nachrichten aus der Chemie ins Handelsregister.

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