Die Juroren des Deutschen Zukunftspreises haben die Wahl zwischen einem innovativen Getriebe aus Baden-Württemberg, einem neuen Medikament für Immungeschwächte und einer einfachen Methode zur Speicherung von Wasserstoff.
Stuttgart - Für den Deutschen Zukunftspreis 2018 sind am Mittwoch in München drei Entwicklerteams aus Baden-Württemberg, Nordrhein-Westfalen und Bayern nominiert worden. Sie sind in der Endauswahl für den mit 250 000 Euro dotierten Preis, der am 28. November von Bundespräsident Frank-Walter Steinmaier verliehen wird. Die Entwicklungen der drei Teams kommen aus den Gebieten Maschinenbau, Medizin und Energiespeicherung. Wir geben einen Überblick über die einzelnen Projekte.
1. Getriebe nach dem Vorbild der Natur
Bei Getrieben denken viele in erster Linie an Autos. Doch Getriebe spielen auch im Maschinenbau eine entscheidende Rolle, wo es zum Beispiel darauf ankommt, dass Fräswerkzeuge stets mit der richtigen Geschwindigkeit arbeiten. Häufig müssen solche Getriebe enorme Kräfte übertragen. Wichtig sind zudem eine lange Lebensdauer und möglichst geringe Energieverluste bei der Kraftübertragung.
Die bisherigen Zahnradgetriebe haben den Nachteil, dass in ihnen immer nur ein kleiner Teil der Zähne ineinandergreift, während die anderen pausieren. Das begrenzt die übertragbaren Kräfte. An dieser Stelle setzt die Entwicklung von Thomas Bayer und Manfred Wittenstein ein. Beim Zulieferer Wittenstein SE in Igersheim (Main-Tauber-Kreis) haben sie ein völlig neues Getriebekonzept entwickelt.
Dabei übertragen nicht starre Zahnräder die Kraft, sondern einzelne Zähne, die unabhängig voneinander beweglich sind. Dadurch kann eine sehr große Zahl an Zähnen gleichzeitig ineinandergreifen. Das vergrößert die Kontaktfläche und damit die übertragbaren Kräfte gegenüber einem konventionellen Getriebe dramatisch – den Angaben zufolge um mehrere Hundert Prozent. Als weitere Vorteile nennen die Ingenieure den geringen Platzbedarf und den hohen Wirkungsgrad.
Die Zähne des sogenannten Galaxie-Getriebes sind in einer logarithmischen Spirale angeordnet – eine Form, die in der Natur häufig anzutreffen ist. Beispiele dafür sind Schneckenhäuser oder Spiralgalaxien – daher die Bezeichnung Galaxie. Sie lassen sich viel kompakter bauen als herkömmliche Zahnradgetriebe, die sie auch bei der Präzision ausstechen. Dabei haben sie exzellente Leistungswerte: Beim maximalen Drehmoment und bei der Steifigkeit übertreffen sie bisherige Getriebearten um mehrere Hundert Prozent. Zugleich benötigen die neuartigen Getriebe weniger Energie und haben einen markant höheren Wirkungsgrad.
2. Unterstützung für geschwächte Immunsysteme
Helga Rübsamen-Schaeff und Holger Zimmermann von der Wuppertaler AiCuris Anti-infective Cures GmbH haben sich dem Kampf gegen das Humane Cytomegalie-Virus (CMV) verschrieben. Dieses Virus trägt jeder zweite Mensch in sich. Normalerweise hält die körpereigene Abwehr es in Schach. Das gilt allerdings nicht für Personen mit einem geschwächten Immunsystem. Hier kann CMV die Oberhand gewinnen und lebensbedrohliche Erkrankungen auslösen.
Ein Beispiel dafür sind Patienten, die an Blutkrebs leiden. Vor einer Knochenmarktransplantation wird ihr eigenes Knochenmark zerstört, um möglichst alle Krebszellen zu erwischen. Dadurch wird die Immunabwehr eine Zeit lang lahmgelegt. In dieser Phase kann das Virus sich ungehindert vermehren. Die möglichen Folgen reichen über Abstoßungsreaktionen und Organschäden bis hin zum Tod.
Rübsamen-Schaeff und Zimmermann haben einen neuen Wirkstoff ausfindig gemacht, der effektiv vor CMV schützt. Anders als bisherige Präparate greift die Neuentwicklung eine Struktur des Virus an, zu der es im menschlichen Körper kein Pendant gibt. „Das verhindert Nebenwirkungen und macht das Mittel gut verträglich“, heißt es in der Projektbeschreibung. Auf dieser Basis haben die Forscher das Medikament Prevymis entwickelt – zunächst für Patienten, die sich einer Knochenmarktransplantation unterziehen müssen. Später könnten auch Aidskranke, Neugeborene oder Empfänger anderer Spenderorgane von dem Medikament profitieren.
Ursprünglich hatten die Nominierten bei Bayer ein Medikament entwickeln wollen. Als der Konzern die Arbeiten auf diesem Gebiet einstellte, gründeten sie 2006 zusammen mit weiteren Ex-Bayer-Mitarbeitern das Unternehmen AiCuris. um die Entwicklung weiterzuführen.
3. Flüssiger Wasserstoffspeicher
Der Energieträger Wasserstoff hat viele Vorteile. Bei seiner Verbrennung entsteht nur Wasserdampf. Zudem lässt sich Wasserstoff klimaneutral durch die Elektrolyse von Wasser mit Ökostrom herstellen. Das könnte helfen, die schwankende Produktion von Wind- und Sonnenstrom abzupuffern. Auf der anderen Seite hat Wasserstoff den Nachteil, dass er sich nur bei sehr hohem Druck oder niedrigen Temperaturen mit hoher Energiedichte speichern lässt. Zudem müsste für eine flächendeckende Verbreitung – etwa zur Betankung von Brennstoffzellenautos – eine völlig neue Infrastruktur aufgebaut werden.
Für dieses Problem haben Peter Wasserscheid, Wolfgang Arlt und Daniel Teichmann eine elegante Lösung entwickelt. Die Wissenschaftler von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, vom Forschungszentrum Jülich und von der Hydrogenious Technologies GmbH in Erlangen bauen den Wasserstoff chemisch in eine leicht handhabbare und ungefährliche Flüssigkeit ein, die das Gas bei Bedarf wieder abgeben kann. Die Flüssigkeit kann dann wieder mit neuem Wasserstoff „beladen“ werden – ähnlich wie eine Pfandflasche. Als Trägerflüssigkeit nutzen die Forscher Dibenzyltoluol, das bereits seit vielen Jahren als Wärmeträger in der Industrie eingesetzt wird. Die Energiedichte ist allerdings etwas geringer als bei anderen flüssigen Kraftstoffen. Dafür lassen sich vorhandene Tanks und Tankstellen nutzen.
Das Team hat die Technologie zur Marktreife entwickelt und 2013 die Hydrogenious Technologies GmbH gegründet. Derzeit wird der neue Treibstoff im Rahmen eines Forschungsprojekts für einen sauberen Bahnbetrieb in Bayern getestet.
Deutscher Zukunftspreis
Ursprung Der Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation wird bereits seit 1997 vergeben. Er ist mit 250 000 Euro dotiert.
Kriterien In die Endrunde gelangen Projekte, die zwei Kriterien erfüllen. Entscheidend ist zum einen der wissenschaftlich-technische Innovationsgrad, zum anderen das Potenzial, die neuen Entwicklungen in zukunftsfähige Arbeitsplätze umzusetzen.
Entscheidung Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis liegt bei führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen. Eine Jury entscheidet am 28. November 2018 über die diesjährigen Preisträger. In Rahmen einer festlichen Preisverleihung in Berlin überreicht Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier am selben Tag den Deutschen Zukunftspreis 2018 an das Gewinnerteam.
Zukunftspreis 2017 Im vergangenen Jahr wurde ein Forscherteam geehrt, das einen feinfühligen Roboter entwickelt hatte, der in der Industrie oder in der Pflege einsetzbar sein soll.