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Deutscher Zukunftspreis: Kandidaten stehen fest

Verleihung der Auszeichnung am 3. Dezember 2008

Ausgefeilte Solartechnologie, intelligente Sensoren für die Consumer-Elektronik, eine Entwicklung, die die digitale Tonübertragung revolutioniert, und nicht zuletzt mitwachsende Herzklappen zur Implantation im Kindesalter: Dies sind die Projekte, die eine hochkarätig besetzte Jury als Kandidaten für den Deutschen Zukunftspreis 2008 vorgeschlagen hat.
Modell eines menschlichen Herzens

Modell eines menschlichen Herzens

Wer von den vier nominierten Teams das Rennen machen wird, bleibt spannend bis zum Abend des 3. Dezember 2008. Bundespräsident Horst Köhler überreicht dann dem Preisträgerteam die Auszeichnung in einer festlichen Veranstaltung. Die Arbeiten des Preisträgerteams halten dann Anfang 2009 auch Einzug in die Dauerausstellung zum Deutschen Zukunftspreis im Deutschen Museum in München.

Deutschland kann – so der Chef des Bundespräsidialamtes Gert Haller bei der Vorstellung der Nominierten – dankbar sein für das, was seine Forscher und Entwickler leisten. Mit dem Deutschen Zukunftspreis bringt der Bundespräsident diesen Dank zum Ausdruck, indem er Menschen würdigt, die ihre Kreativität, ihr Können, ihre Hartnäckigkeit und ihren Mut einsetzen, um neue Wege zu gehen. Solche Menschen seien Vorbilder – gerade auch für die junge Generation, die heute dafür gewonnen werden müsse, morgen Forschung und Entwicklung in Deutschland voranzubringen.

Folgende Teams wurden für den Deutschen Zukunftspreis 2008 nominiert:


Das Herzstück solarthermischer Kraftwerke: Hochleistungsreceiver als Energiesammler


Dr. Nikolaus Benz
Dr. Thomas Kuckelkorn
Schott Solar CSP GmbH , Mitterteich

Fossile Brennstoffe – Öl, Gas und Kohle – werden knapper und teurer; ihr Einsatz belastet zudem Umwelt und Klima. Der Gewinnung erneuerbarer Energie – zum Beispiel der Sonnenergie – kommt wachsende Bedeutung zu. Benz und Kuckelkorn entwickelten mit ihrem Team einen Receiver für Solarkraftwerke mit Parabolrinnentechnologie, mit dem sich elektrische Energie aus Sonnenstrahlung deutlich effizienter als bisher gewinnen lässt.

In Parabolrinnenkraftwerken fangen zahlreiche gewölbte Spiegel die Sonnenstrahlung ein und konzentrieren sie auf einen Receiver: ein Rohr, in dem ein Thermoöl zirkuliert. Das Öl erhitzt sich durch die gebündelte Strahlung und transportiert die Wärme zu einem Dampfkessel. Dort wird mit der Hitze Dampf erzeugt, der eine Turbine antreibt, die elektrischen Strom produziert.

Durch die Kombination mehrerer Entwicklungsschritte gelang es, einen Receiver zu entwerfen, der die Effizienz der Wärmegewinnung deutlich erhöht. Das Team entwickelte eine spezielle Glas-Metall-Verbindung, die dazu dient, im Receiver eine stabile und vakuumdichte Verbindung zwischen einem metallischen Absorberrohr, in dem das Thermoöl zirkuliert, und einem umgebenden Hüllrohr herzustellen. Das Vakuum verringert die Wärmeverluste, die neu entwickelte Glas-Metall-Verbindung senkt aufgrund der geringen Bruchanfälligkeit die Betriebskosten des gesamten Kraftwerks.

Außerdem kreierten die Entwickler neuartige Übergangselemente zwischen Absorberrohr und Glashülle, mit denen sich fast der gesamte Receiver zum Einfangen der Sonnenwärme nutzen lässt. Auch das erhöht den Wirkungsgrad der Anlage. Eine spezielle, auf nanotechnologischen Verfahren basierende Antireflexbeschichtung und eine besonders temperaturbeständige Absorberbeschichtung runden das Bündel der Innovationen ab.

Mit diesem neuen Design schufen die Nominierten die Grundlage dafür, dass Solarkraftwerke künftig leistungsfähiger und effizienter betrieben werden können, sich Strom aus Sonnenenergie zugleich nachhaltig und ökonomisch rentabel produzieren lässt.

Mitwachsende Herzklappen zur Implantation im Kindesalter


Prof. Dr. Axel Haverich (Sprecher)
Dr. Serghei Cebotari
Dr. Michael Harder
Medizinische Hochschule Hannover
corlife GbR, Hannover

Vier Klappen im menschlichen Herzen, die wie Rückschlagventile funktionieren, sorgen dafür, dass das Herz das Blut nur in einer Richtung durch den Körper pumpen kann. Sind die Herzklappen fehlerhaft, müssen die meisten Patienten operiert werden. Die Ärzte setzen diesen Patienten bisher entweder ein Gewebetransplantat, eine mechanische Herzklappe oder eine gegerbte biologische Herzklappe, die einem Schwein oder Rind entnommen wurde, ein.

Alle Alternativen haben Nachteile für den Patienten: Gewebetransplantate und tierische Herzklappen sind oft schon nach ein paar Jahren so degeneriert, dass eine neue Klappe implantiert werden muss. Mechanische Implantate halten zwar länger, doch sie funktionieren nur, wenn der Träger regelmäßig Blutverdünnungsmittel einnimmt.

Der von den nominierten Forschern entwickelte Herzklappenersatz vereint die Vorteile beider konventioneller Varianten und hat zugleich einen weiteren, für Kinder mit Herzklappenerkrankungen entscheidenden Vorteil: Das Implantat wächst mit.

Die Basis dafür ist eine natürliche Herzklappe aus einer Gewebespende. Ihre Form und Eigenschaften erhält sie durch eine elastische und zugleich stabile Matrix aus Kollagen, die von Zellen besiedelt ist. Diese regenerieren die Matrix, können im Körper des Empfängers der Herzklappe aber eine Abstoßungsreaktion auslösen. Der Trick der Forscher, um diese Komplikation zu umgehen: Sie waschen die Spenderzellen aus der Matrix aus, bis nur noch das zellfreie Kollagengerüst übrig bleibt. Dieses Gerüst kann entweder zunächst mit Zellen des Empfängers besiedelt werden, oder es wird direkt ins Herz eingesetzt.

Beide Varianten haben die Forscher an herzkranken Kindern erfolgreich getestet. Bei diesen Patienten zeigte sich, dass sich die implantierten Herzklappen problemlos in den Körper integrieren, mitwachsen und nach einiger Zeit nicht mehr von eigenen Herzklappen zu unterscheiden sind. Das Verfahren hilft, Behandlungskosten zu senken, und verbessert entscheidend die Lebensqualität der jungen Patienten, die nicht mehr nachoperiert werden oder lebenslang Medikamente nehmen müssen.
Die zugrunde liegende Technologie wird derzeit von der Firma corlife zur Marktreife gebracht; sie kann auch bei anderen Gewebeimplantaten, etwa Venen, genutzt werden.

Smarte Sensoren erobern Konsumelektronik, Industrie und Medizin


Dr. Jiri Marek (Sprecher)
Dr. Michael Offenberg
Dr. Frank Melzer
Robert Bosch GmbH, Reutlingen
Bosch Sensortec GmbH, Reutlingen

Empfindliche Messfühler aus Silizium sorgen in Automobilen für Sicherheit. Auch in Handys oder Navigationsgeräten könnten sich solche Sensoren sinnvoll einsetzen lassen. Dafür müssten sie allerdings kleiner und preisgünstiger sein und sich industriell herstellen lassen. Dieser Aufgabenstellung haben sich die Nominierten des Teams angenommen und damit ein neues Geschäftsfeld für ihr Unternehmen eröffnet.

Das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), das bei Bosch entwickelt wurde und heute in den meisten neuen Autos eingebaut ist, hat die Zahl der Schleuderunfälle mit tödlichem Ausgang erheblich reduziert. Das Herzstück des ESP bilden mikromechanische Sensoren: kleine Messgeräte aus Silizium, die aus beweglichen Bauteilen bestehen und ein Schleudern des Fahrzeugs so früh erkennen, dass die Technik im Wagen noch gegensteuern kann. Moderne Mittelklasseautos enthalten bis zu hundert Sensoren, die für Sicherheit oder einen möglichst geringen Spritverbrauch sorgen.

Für einen Einsatz in tragbaren elektronischen Geräten waren mikromechanische Sensoren bisher zu groß, zu teuer, und sie brauchten für ihren Betrieb zu viel Strom. Dem Team um Marek bei Bosch gelang es, durch neue Fertigungstechniken die Sensoren auch für diese Anwendungen nutzbar zu machen. Sie setzten dabei auf Oberflächen-Mikromechanik als Herstellungsverfahren. Dabei werden bewegliche Strukturen wie Massen und Federn auf einer Siliziumscheibe verankert. Mit neuen Prozessen, etwa durch Ätzen und Abscheiden des Materials, schufen die Entwickler die Grundlage dafür, dass sich die Oberflächen-Mikromechanik für eine kostengünstige industrielle Produktion großer Stückzahlen von kleinen und sparsamen Sensoren nutzen lässt.

Inzwischen sind bereits erste Produkte am Markt, in denen beispielsweise Beschleunigungssensoren stecken. Sie ermöglichen es, die Festplatten in tragbaren Computern vor Erschütterungen zu schützen oder Handys durch Bewegen des Gerätes zu bedienen. Mit Drucksensoren in Navigationsgeräten lässt sich die Höhe über dem Meer präzise ermitteln – die Basis für eine noch genauere mobile Navigation.

Das Potenzial der Technologie ist beachtlich; Bosch gründete dafür ein eigenes Tochterunternehmen und rechnet durch den Einsatz der Sensoren in elektronischen Konsumgeräten mit einer Verdoppelung der bisherigen Umsätze dieses Bereiches in den nächsten Jahren.

Professionelles Digitales Drahtlos-Mikrofonsystem


Professor Dr. Jörg Sennheiser
Dipl.-Ing. Gerrit Buhe
Sennheiser electronic GmbH & Co. KG, Wedemark

Ob am Mischpult, für Sound-Effekte oder bei der Tonbearbeitung – im Studio und bei Live-Aufnahmen arbeiten die Spezialisten schon lange fast ausschließlich mit digitaler Technik.

Eine Ausnahme bilden bisher noch die Mikrofone: Zwar gibt es seit wenigen Jahren erste kabelgebundene Modelle, die Digitaltechnik nutzen, doch Funkmikrofone funktionieren bislang auf die konventionelle analoge Weise. Die Probleme, die sich bei der Umstellung dieser Geräte auf digitale Technik ergeben, liegen in der ungeheuer großen Datenmenge und dem zum Übertragen der Signale per Funk benötigten breiten Frequenzspektrum.

Eine Datenkompression für die Übertragung verfälscht die Tonaufnahmen und verschlechtert die Qualität von Sprache und Musik. Da das Mikrofon am Anfang der Audio-Verarbeitungskette eingesetzt wird, wo die Qualitätsanforderungen am höchsten sind, kam eine Datenkompression für die Nominierten nicht in Frage. Im Studio oder bei einem Konzert werden außerdem viele Funkmikrofone gleichzeitig genutzt; dabei müssen die digitalen Mikrofone mit dem schmalen Frequenzkanal der analogen Funkmikrofone auskommen.

Das Team hat es mit den neuesten Mitteln der digitalen Übertragungstechnik und verfeinerten Simulationsmethoden geschafft, ein digitales Funkmikrofonsystem zu realisieren, das die höchsten professionellen Ansprüche erfüllt. Die neue Technologie kommt nicht nur mit der geringen Frequenzbandbreite eines analogen Übertragungskanals aus, sondern erlaubt sogar den gleichzeitigen Betrieb von noch mehr Funkmikrofonen in einem gegebenen Frequenzspektrum. Durch den Verzicht auf jede Datenkompression – tatsächlich werden im Gegenteil sogar zusätzliche Daten übertragen, die es dem Empfänger ermöglichen, Übertragungsfehler zu erkennen und zu reparieren – konnte die Audioqualität gegenüber herkömmlichen analogen Mikrofonen deutlich gesteigert werden. Das Ergebnis ist ein klarer, rauschfreier Ton mit höchster Transparenz und Originaltreue.

Das Team bei Sennheiser hat sein neues Mikrofonsystem durch internationale Patente schützen lassen. Derzeit wird eine Vorserie der Geräte in der Praxis erprobt. Sobald die kritischen Testnutzer – professionelle Toningenieure und Tonmeister – grünes Licht geben, startet die Serienfertigung.
(Bundespräsidialamt, 15.10.2008 - DLO)
 
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