Mein Auto repariert sich selbst E-Book

Rolf Froböse

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: Erlebnis Wissenschaft
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2012

Seitenzahl: 322

Beschreibung

Renowned science journalist Rolf Froböse illustrates using numerous examples how our modern world will change in the years to come and how technical revolutions large and small are announcing themselves by way of exciting and inventive discoveries.

Leseprobe

Rolf Froböse Ahornstraße 28 83512 Wasserburg

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© 2005 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim

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Abbildung auf dem Schutzumschlag mit freundlicher Genehmigung der DaimlerChrysler AG, Stuttgart

ISBN: 978-3-527-31168-2 ePDF ISBN: 978-3-527-64087-4 ePub ISBN: 978-3-527-64086-7 mobi ISBN: 978-3-527-64088-1

Meinen lieben Eltern in Dankbarkeit gewidmet

Inhaltsverzeichnis

titelseiteTitelImpressumDanksagungGrußwortVorwortEinige Fragen vorabAuf dem Weg zum Automobil der ZukunftBiotechnologieChemie und ChemietechnikComputertechnikEnergietechnikErnährungGebäudetechnikGeowissenschaftenInformations- und KommunikationstechnikLabortechnikMedizinMedizintechnikMess- und AutomatisierungstechnikNormung und StandardisierungNanotechnikUmwelttechnik und UmweltschutzVerkehrstechnik und die Mobilität der ZukunftDer ganz besondere WerkstoffQuantencomputer: Ein Science-Fiction-AbenteuerKeine Angst vorm BeamenWeiterführende LiteraturPersonen-, Sach- und FirmenregisterBildernachweis

Grußwort

Technik fasziniert, weil sie immer wieder innovative Lösungen bereitstellt, die man zuvor nicht für möglich gehalten hat. Technische Innovationen erleichtern das Leben und verändern die Welt.

Umso wichtiger ist es, die »Faszination Technik«, die Chancen, Perspektiven und Tragweite des technischen Fortschritts transparent darzustellen. Gerade für den Innovationsstandort Deutschland kommt es darauf an, das enorme Potenzial der Zukunftstechnologien und die damit verbundenen Chancen herauszustellen. Populärwissenschaftliche Publikationen wie das vorliegende Buch übernehmen in diesem Zusammenhang eine wichtige Brückenfunktion.

Deutschland wird seine internationale Spitzenposition in der Elektrotechnik, Automation und Medizintechnik bis zum Ende des Jahrzehnts weiter ausbauen. In der Mikro- und Nanotechnologie liefern sich Amerika, Europa und Asien ein Kopf-an-Kopf-Rennen. Das unterstreicht der VDE-Innovations-Monitor 2004.

Innovationspotenziale müssen jedoch noch konsequenter genutzt werden, wenn man Wachstum und Wohlstand am Industriestandort Deutschland und Europa sichern und mehren will.

Ein weiterer wichtiger Standortfaktor ist die Entwicklung in der Forschung, Wissenschaft und Lehre. Deutschland braucht motivierten Nachwuchs, hochqualifizierte Experten und exzellente Netzwerke zwischen Wissenschaft und Industrie. Es müssen jetzt auch die politischen Rahmenbedingungen dafür geschaffen werden, dass Deutschland wieder ein Magnet für innovative Firmen, für die besten Ideen und Köpfe wird.

Professor Dr.-Ing. Klaus WuchererVDE-Präsident und Mitglied des Zentralvorstands der Siemens AG

Vorwort

Auch wenn es die menschliche Phantasie und Vorstellungskraft zurzeit noch übersteigt: In etwa 25 Jahren werden wir aller Voraussicht nach mit Computern arbeiten, deren Bauelemente nicht mehr auf Silicium basieren. Stattdessen werden sich mit simplen Flüssigkeiten wie Chloroform Rechenaufgaben innerhalb weniger Minuten lösen lassen, für die ein heutiger Computer die gesamte Lebensdauer des Universums benötigen würde. Wie das funktionieren soll, haben Wissenschaftler mit einfachen Prototypen bereits demonstriert.

Wer nicht so lange warten und sich lieber in der näheren Zukunft umsehen möchte, braucht auf Spektakuläres dennoch nicht zu verzichten: TV-Programme auf dem Handy, Bildschirme zum Zusammenrollen, elektronische Zeitungen, Pkws mit eingebautem Reparatur- und Reinigungseffekt, Kraftwerke im eigenen Keller und »intelligente« Häuser stehen beispielhaft für Entwicklungen, die bereits realisiert worden sind oder in Kürze die Palette der auf dem Markt verfügbaren Technologien bereichern werden.

Welche Innovationen in den Pipelines der Technologieunternehmen stecken, wohin die Reise in den wichtigsten Schlüsseltechnologien geht, und mit welchen »smarten« Produkten sich Unternehmen für den globalen Wettbewerb zurzeit fit machen, versucht dieses Buch an Hand ausgewählter Beispiele zu beleuchten. Diese zeigen in aller Deutlichkeit, dass es Ingenieuren, Technikern und Naturwissenschaftlern keineswegs an Ideen mangelt.

Unbestrittene Tatsache ist, dass der Erfolg unserer Industrie auf den globalen Märkten heute mehr denn je von kreativen Leistungen auf dem Forschungssektor abhängt. Eine starke Grundlagenforschung ist im Prinzip nichts anderes als Treibstoff, der das Innovationskarussell beständig in Bewegung hält. Die Quellen dieser Energie sehe ich vielfach sprudeln – in der Industrie ebenso wie an Hochschulen oder unter dem Dach von Großforschungseinrichtungen. Manchmal wünsche ich mir allerdings auf breiter Basis etwas mehr Mut, um diese Innovationen in profitable Produkte umzumünzen.

Das vorliegende Buch handelt daher auch von wissbegierigen, kreativen Menschen und mutigen Unternehmen, die an Hand von Beispielen aufzeigen, wie aus Ideen Innovationen und aus Innovationen wiederum Produkte werden. Diese haben in den unterschiedlichsten Marktsegmenten – angefangen vom Automobil über die Computer- und Energietechnik bis hin zu den Bereichen Medizin, LifeSciences und Umwelttechnik – eine Vielzahl von Steinen ins Rollen gebracht und zumindest kleine technische Revolutionen ausgelöst.

Lassen Sie sich nun auf eine Reise durch die Welt der Technik entführen, die für Sie – so hoffe ich zumindest – eine Vielzahl von Überraschungen bereithält.

Meiner Familie danke ich für die große Geduld und moralische Unterstützung bei der Bewältigung des umfangreichen Arbeitspensums. Mein ausdrücklicher Dank gilt auch Frau Dr. Gudrun Walter und den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Wiley-VCH Verlags für die ausgezeichnete Zusammenarbeit.

Wasserburg, im Herbst 2004

Dr. Rolf Froböse

Einige Fragen vorab

Wir fliegen zum Mars, aber werden wir auch den Welthunger besiegen?

In etwa 50 Jahren wird die Erde von zehn Milliarden Menschen bevölkert sein, denen pro Kopf rein rechnerisch weniger als 0,15 Hektar landwirtschaftliche Nutzfläche zur Verfügung stehen werden. Bereits aus diesen Daten wird deutlich, dass die vor uns liegenden Herausforderungen mit altbewährten Techniken allein nicht gelöst werden können: Die anstehenden Probleme haben eine Dimension erreicht, deren Bewältigung technologische Quantensprünge erfordert. Sind wir darauf vorbereitet?

Mit welchen Werkstoffen lassen sich Innovationen schmieden?

Ohne geeignete Werkstoffe wären nicht nur die meisten Errungenschaften der Technik auf der Strecke geblieben. Vielmehr müssten wir auch im täglichen Leben auf nahezu sämtliche lieb gewordenen Gewohnheiten – angefangen von der Mobilität bis hin zur Schönheitspflege – verzichten. Moderne Werkstoffe sind nicht nur in Autokarosserien vertreten, sondern wirken in vielfältigster Weise auch hinter den Kulissen. In Gestalt von Apparaturen oder Katalysatoren haben sie zahlreichen chemischen Verfahren in allen erdenklichen Bereichen zum technischen und wirtschaftlichen Durchbruch verholfen. »Die Erforschung neuer Werkstoffe gehört zu den innovativsten und wichtigsten Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts überhaupt«, heißt es in einer aktuellen Studie des US-Handelsministeriums. Doch welche Werkstoffe und deren Anwendungen sind wirklich zukunftsträchtig?

Welches Potenzial birgt die Nanotechnik?

Internationalen Experten zufolge wird es künftig praktisch keine Branche geben, die von der Nanotechnik nicht in irgendeiner Weise tangiert wird. Diverse Produkte sind bereits auf dem Markt: Die Zahnpasta mit Reparaturvermögen gehört ebenso dazu wie der Autolack mit »Lotuseffekt« oder die miniaturisierte Brennstoffzelle für leistungsfähigere Handys oder Laptops. Ungeheuer viel versprechend ist das in der Nanotechnologie schlummernde Potenzial. Branchenkenner gehen heute bereits davon aus, dass die innovative Technologie aufgrund ihrer überragenden Querschnittsfunktion im Jahre 2015 ein Marktvolumen von rund 1,1 Billionen (!) Euro erreichen wird. Wie kommen die Fachleute auf diese astronomische Summe?

Lässt sich die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine verbessern?

Ungeachtet der zweifellos großen Fortschritte durch die neuen Medien ist das Verhältnis zwischen Mensch und Maschine häufig gestört. Das liegt daran, dass der überwiegende Teil der modernen Informations- und Kommunikationsgeräte immer noch zu kompliziert und für den untrainierten Benutzer schwer zu bedienen ist. Oftmals sind es gerade Senioren, die bei Themen wie Handy oder PC vernachlässigt werden. Wo muss man ansetzen, um hier Abhilfe zu schaffen?

Mit welchen Techniken lässt sich Nachhaltigkeit in der Chemie erreichen?

Neue Materialien und Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen, Energie und Ressourcen schonende Synthesen mit Hilfe neuartiger Katalysatoren, Ersatz klassischer organischer Lösungsmittel durch »smarte« Solvenzien, umweltfreundliche Treibstoffe für Autos und Raketen: Der Gabentisch der Produkte und Prozesse, den die Green Chemistry mittlerweile zu bieten hat, zeigt in aller Deutlichkeit, dass der Begriff »Nachhaltigkeit« auch ein Synonym für Innovation geworden ist. Einzige Frage: Ist die nachhaltige Chemie auch bezahlbar?

Werden wir die Geißeln der Menschheit bezwingen?

Gentherapien gegen Erbleiden, Krebs, Zivilisationskrankheiten oder Bluthochdruck – es wird künftig vermutlich kein medizinisches Problem mehr geben, das sich nicht an seiner genetischen Wurzel packen ließe. Wurden anfänglich vor allem Erbkrankheiten für eine Behandlung mit der Gentherapie anvisiert, so hat sich das Indikationsspektrum inzwischen bereits erweitert. Genetische Ansätze sollen innerhalb der nächsten 20 Jahre eine breite medizinische Plattform erobern. Was spricht für diesen Optimismus?

Wie lässt sich der künftige Energiebedarf decken?

Im Jahre 2050 wird der Energiehunger der Menschheit dreimal so hoch sein wie heute. Gleichzeitig soll der Anteil der fossilen Brennstoffe am Energie-Mix von derzeit 87 % auf etwa ein Viertel gesenkt werden. Die Frage ist: Gibt es einen Energieträger, der sowohl dem künftigen Bedarf als auch dem Prinzip der Nachhaltigkeit Rechnung tragen kann?

Diesen und vielen anderen über unsere Zukunftsfähigkeit entscheidenden Schlüsselfragen soll in den folgenden Kapiteln nachgegangen werden. Beginnen möchte ich mit einem Industrieprodukt, das uns täglich begleitet und uns sehr ans Herz gewachsen ist – ja, praktisch unverzichtbar erscheint.

Auf dem Weg zum Automobil der Zukunft

Die Automobilindustrie steht vor einer Revolution. Keine zehn Jahre soll es mehr dauern, bis Wasserstoffmotoren in den Alltag einziehen. Die ersten mit Wasserstoff betriebenen Autos werden bereits in Serie gebaut. Derzeit werden noch zwei mögliche Varianten, Wasserstoff als Energiequelle für Automotoren einzusetzen, verfeinert. In der ersten Variante ersetzt Wasserstoff – wie bereits mit Erdgas geschehen – das Benzin: Statt Benzin verbrennt in ganz normalen Motoren Wasserstoff. Die andere Möglichkeit sind Brennstoffzellen auf Wasserstoffbasis, die elektrische Energie für einen Elektromotor erzeugen. Für beide Alternativen spielt die Gewinnung von Wasserstoff eine wichtige Rolle.

Brennstoffzellen im Automobil – Wegbereiter einer nachhaltigen Mobilität

Führende Automobilhersteller haben sich auf den dornigen Weg begeben, Brennstoffzellenmotoren zum Durchbruch zu verhelfen. Diese Art der Energieumwandlung erfüllt nicht nur die Forderung nach einer Reduktion von CO2-Emissionen im Transportwesen; sie weist auch in Bezug auf den Wirkungsgrad gegenüber dem Verbrennungsmotor, bei dem wesentlich mehr ungenutzte Wärme entsteht, eine Vielzahl von Vorteilen auf.

Noch vor wenigen Jahren wurden mit Brennstoffzellen betriebene Automobile als Zukunftsmusik bezeichnet. Inzwischen hat sich das Szenario jedoch gewaltig verändert. So arbeiteten alle deutschen Automobilhersteller gegenwärtig an Entwicklungsprojekten, die den Einsatz der umweltverträglichen Brennstoffzellen-Technologie als Antrieb verfolgen. Die ersten Brennstoffzellenautos rollen bereits über die Straßen. Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor erzeugt die Brennstoffzelle Energie aus der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff und ist damit in der Lage, Erdöl als Energieträger abzulösen.

Vor dem Hintergrund des plötzlichen Brennstoffzellen-Booms gerät leicht in Vergessenheit, dass das Prinzip bereits seit über 160 Jahren bekannt ist. So konnte der englische Physiker und Jurist Sir William Robert Grove bereits im Jahre 1839 mit einer so genannten Knallgaszelle demonstrieren, wie sich durch Umkehrung der Elektrolyse Energie gewinnen lässt. In der jüngeren Vergangenheit wiederum haben Brennstoffzellen selbst unter extremsten Bedingungen ihre Zuverlässigkeit bewiesen, etwa in den Gemini-Raumkapseln aus dem Jahre 1965, mit denen die NASA die bemannte Raumfahrt vorantrieb. Mit den Zellen an Bord konnten gleich zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen werden: Zum einen stellten die Brennstoffzellen die elektrische Energieversorgung der Bordelektronik sicher, zum anderen diente das bei der kalten Verbrennung anfallende Wasser den Astronauten als eiserne Reserve. Auch die Kapseln der heutigen Space Shuttles werden über Brennstoffzellen mit Energie versorgt.