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Unsere Lösung
PET: Mikroplastik im Körper führt zu Leberschäden und Verhaltensänderungen
Feinste Partikel des Kunststoffs PET, aus dem zum Beispiel Getränkeflaschen bestehen, können sich
in den Organen und im Gehirn anreichern. Was dabei im Körper passiert, hat ein Forschungsteam
der Universität Leipzig und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) jetzt untersucht.
Mikro- und Nanoplastik, entstanden durch die Zersetzung von Kunststoffgegenständen, finden sich
mittlerweile im Boden, im Wasser und in der Luft.
Mensch und Tier nehmen die winzigen Partikel mit der Nahrung auf. Doch wie sie sich dann auf die
menschliche Gesundheit auswirken, ist kaum bekannt.
Das Leipziger Forschungsteam ist dieser Frage jetzt am Beispiel von Polyethylenterephthalat, bekannt
als PET, nachgegangen. Der Kunststoff ist ideal für die Herstellung von Lebensmittelverpackungen
und Getränkeflaschen. Über eine schädigende Wirkung von PET-Nanoplastik ist aber bislang wenig
bekannt.
Nanoteilchen von PET lagern sich in Organen und dem Gehirn ab und verursachen Leberschäden
Die Leipziger Wissenschaftler untersuchten deshalb jetzt die Auswirkungen der Nanopartikel auf Embryonen
von Zebrafischen. Sie fanden heraus, dass sich PET-Partikel in Leber, Darm, Niere und sogar im Gehirn der
Tiere anreicherten. Und sie konnten Verhaltensstörungen der Embryonen nachweisen, die durch
PET-Nanoteilchen ausgelöst wurden. Denn: Die belasteten Embryonen bewegten sich deutlich weniger
als die Embryonen in der Vergleichsgruppe.
„Unsere Studie gibt zum ersten Mal einen Einblick in die durch PET-Nanokunststoffe induzierten
Toxizitätswege und die zugrunde liegenden schädigenden Mechanismen in intakten Zebrafisch-Larven“,
sagt Alia Matysik,
Wissenschaftlerin am Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Medizinischen Fakultät an der
Uni Leipzig. „Wir konnten sehen, dass die Leberfunktion erheblich beeinträchtigt und oxidativer Stress
erzeugt wird. PET-Nanoplastik beeinflusst zudem die Zellmembran und die Energetik der Lebewesen.“
Anreicherung der Plastikpartikel verändert die Biochemie des Organismus
Untersucht wurde der Stoffwechsel der Zebrafische mithilfe der High-Resolution Magic-Angle Spinning
(HR-MAS)-Methode, bei der Kernspin-Resonanz (NMR) auf Feststoffe und weiche Materie angewendet
wird. Die nicht-invasive Analyse-Methode wurde kombiniert mit zellulären Assays und Verhaltenstests.
„Wir haben modernste analytische NMR-Methoden verwendet, um ein umfassendes Systemverständnis
der von PET-Nanoplastik betroffenen Stoffwechselwege zu erhalten“, so Alia Matysik. Dabei konnten sie
beobachten, wie die PET-Anreicherung die Biochemie eines Organismus verändert.
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass PET-Nanokunststoffe auch bei Säugetieren und Menschen eine Rolle
spielen könnten. „Eine klare Antwort darauf haben wir noch nicht, aber man muss nun davon ausgehen,
dass PET-Nanoplastik in unsere Ökosysteme eingreift. In jedem Fall sollte der Eintrag von Kunststoffen
in die Umwelt verhindert werden. Man muss vermuten, dass die Vermeidung dieser Form von Müll die
große Herausausforderung der nahen Zukunft wird“, sagt Jörg Matysik vom Institut für Analytische Chemie,
der an der Studie seiner Frau beteiligt war.
„Wir sehen bereits, dass sich PET-Nanoplastik im Gehirn anreichert. Wir wollen nun herausfinden,
ob es Auswirkungen auf die Gehirnfunktion und Neuro-degenerative Erkrankungen hat“, sagt Alia Matysik.
Die Oberfläche der Venus ist völlig unwirtlich für das Leben: karg, trocken, zerquetscht unter einer Atmosphäre, die etwa 90-mal so hoch ist wie der Druck der Erde und geröstet von Temperaturen, die zweimal heißer sind als ein Ofen. Aber war das schon immer so? Könnte die Venus einst ein Zwilling der Erde gewesen sein – eine bewohnbare Welt mit flüssigen Wasserozeanen? Dies ist eines der vielen Geheimnisse, die mit unserer verhüllten Schwesterwelt verbunden sind. 27 Jahre sind vergangen, seit die Magellan-Mission der NASA zuletzt die Venus umkreist hat. Das war die jüngste Mission der NASA zum Schwesterplaneten der Erde, und obwohl wir seitdem bedeutende Erkenntnisse über die Venus gewonnen haben, gibt es immer noch zahlreiche Geheimnisse über den Planeten, die ungelöst bleiben. Die NASA-Mission DAVINCI (Deep Atmosphäre Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) hofft, dies zu ändern.
Baustart:
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Erneuerbares Biogas aus organischen Abfällen wird per Pipeline an den
Standort geliefert. Das Biogas enthält Methan, dass in den Brennstoffellen-Stacks
u.a.in Wasserstoff umgewandelt wird.
Biogas wird mit Wasser besprüht und im Inneren des „Sättigers“ befeuchtet.
Die Benetzung des Gases auf ein ideales Wasser/Methan-Verhältnis ermöglicht die
dampfreformierte Umwandlung des Brennstoffs in Wasserstoff in den Brennstoffzellen-Stacks.
Gleichstrom (DC) aus der Brennstoffzelle wird in Wechselstrom (AC) mit der richtigen Spannung
und Frequenz für die Einspeisung in das Stromnetz oder den Einsatz vor Ort in nahegelegenen
Einrichtungen.
Wasserstoff wird auf das Niveau gereinigt, das von Brennstoffzellen Elektrofahrzeugen FCEV`s
benötigt wird. Der gereinigte Wasserstoff wird dann an die Wasserstoffstation geliefert, wo er für
emissionsfreie Fahrzeuge abgegeben wird.
Die Brennstoffzellenstapel reformieren das nasse Gas mit Hilfe
von Wärme und Wasser, die als Nebenprodukte des elektrochemischen Energieerzeugungsprozesses der Brennstoffzelle entstehen, in Wasserstoff. Das verbrennungsfreie Verfahren emittiert Wasser,
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Das Jahr 2023 ist ein ganz besonderes Jahr-
für Mathematiker:
Die Primfaktorenzerlegung der Jahreszahl ergibt sich als 7*17*17, was, wenn man
die «7» als Glückszahl erkennen will, 2023 zu einem vielversprechendem Jahr macht.
Die letzte Jahreszahl mit einer Primfaktorenzerlegung mit drei Mal der 7
(die allerdings weit weniger elegant erscheint), war 1813 (7*7*37). Immerhin befreite
sich Europa in diesem Jahr von Napoleon, also kein schlechtes Jahr (auch wenn dafür
sehr viele Menschen starben, alleine ca. 100’000 bei der Schlacht um Leipzig).
Das nächste vergleichbare Jahr wird dann im Übrigen erst 2401 sein (7*7*7*7).
Doch betrachten wir die Aussichten für 2023 mal etwas nüchterner:
Das Beste, langfristig am entscheidendsten, was wir hier betrachten können,
sind erstens die Klimaentwicklungen und zweitens die technologischen Entwicklungen.
Beim ersten braucht man viel, um weiterhin optimistisch zu sein, beim zweiten
entwickelt sich nichts weniger Dramatisches. Und vielleicht lässt sich das Erste durch das
Zweite etwas optimistischer betrachten. Angesichts der dramatischen Veränderungen
in der Welt durch die verschiedensten Entwicklungen neuer Technologien in den letzten
gerade einmal 30 Jahren, und dass sich die Geschwindigkeit des Wandels in den
nächsten 30 Jahren wohl noch einmal erheblich erhöht, wird sich die Zeit von 2023 bis
2053 um die wichtigste Phase in der Geschichte der Menschheit handeln.
Und genau in dieser Zeit wird ein immer schneller werdender und die Menschheit
prägender Wettlauf stattfinden, in dem genau die beiden oben entscheidenden Punkten
aufeinandertreffen. Auf der einen Seite der Klimawandel, der darauf zurückzuführen ist,
dass die Menschheit die Zusammensetzung unserer Atmosphäre durch den Ausstoß von CO2
und anderen klimaschädlichen Gasen verändert, auf der anderen neue Energietechnologien
mit dem Ziel, ein ausreichendes Angebot an Energien ohne CO2-Emissionen auf der
Erde zu haben – und dies bei noch einmal stark steigendem globalen Gesamtenergiebedarf.
Wird über den Klimawandel viel diskutiert, so hört man weniger von den sich anbahnenden
ebenso spannenden wie beängstigenden Entwicklungen von Technologien, die aus den
Wissenschaften hervorgehen und die Zukunft der Menschheit prägen werden wie nichts
anderes zuvor.
I. Künstliche Intelligenz – Verbesserung oder Kontrolle unseres Lebens?
Während die starke KI (die Aufgabenstellungen selbstständig erkennen und definieren kann und sich hierfür Wissen
der entsprechenden Anwendungsbereiche selbst erarbeitet und aufbaut) noch weit von uns entfernt ist,
hat die schwache KI (ohne explizite Fähigkeiten, selbstständig im universellen Sinne zu lernen) heute ein unterdessen
hohes Niveau erreicht. Die Lern- und Optimierungsmethoden, die der heutigen KI zugrunde liegen, das so genannte
«Deep Learning», ermöglichen eine massive Steigerung der maschinellen Intelligenz in allen Bereichen. Sie ist
zuweilen gar nicht mehr auf den spezifischen Zweck beschränkt, für den sie geschaffen wurde, wie z. B. das
Schachspielen, die Suche in Datenbanken oder das Erkennen von Gesichtern. Ihre Fähigkeiten betreffen auch immer mehr
Bereiche, die die meisten Menschen heute noch als unanfechtbare Domänen menschlicher Fähigkeiten
betrachten: Intuition, Kreativität oder das Erkennen von Emotionen anderer Menschen. Werden Maschinen schon
bald in der Lage sein, unsere Emotionen noch besser zu erkennen als andere Menschen?
II. Quantencomputer
Millionenfach schnellere Berechnungen oder nur ein Traum der Physiker?
Lange Zeit galten Quantencomputer als Science-Fiction. Allein der Begriff erscheint den meisten Menschen noch
heute als ebenso unheimlich bizarr wie aufregend futuristisch, verbindet er doch die technologische Allmacht des
digitalen Rechnens mit der ehrfurcht- gebietenden Komplexität und Abstraktheit der wichtigsten physikalischen Theorie
des 20.Jahrhunderts, der Quantentheorie. In der heutigen Realität schreitet die Entwicklung von Quantencomputern
recht schnell voran. Sie verspricht eine neue technologische Revolution, die das 21. Jahrhundert ähnlich prägen könnte
wie die Entwicklung digitaler Schaltkreise das 20te. So gab Google im Herbst 2019 bekannt, dass es seinen Ingenieuren
gelungen ist, einen Quantencomputer zu bauen, der zum ersten Mal ein Problem lösen kann, an dem sich
jeder herkömmliche Computer die Zähne ausbeißen würde.
III. CO2 -Neutralität
Können wir in den nächsten Jahren genügend alternative Energien schaffen, um eine Klimakatastrophe zu verhindern?
Wir können feststellen, dass selbst die optimistischsten Prognosen über die Entstehung neuer CO2 neutralen Technologien
Jahr für Jahr von den tatsächlichen Entwicklungen eingeholt und oft gar übertroffen werden (auch wenn deren Umsetzung
dann nicht immer so schnell erfolgt). An Ideen, technologischen Möglichkeiten und konkreten Initiativen zur Bewältigung
und Senkung der CO2-Emissionen herrscht also kein Mangel.
3.5 MW el 3.8 MW th oder 3 kg. h H2
Unser Weg: Mit Biogas, Strom, Wärme, Kälte- oder mit entsprechender Konfiguration unserer
Brennstoffzellen H2 (Wasserstoff) erzeugen.
Angetrieben von erstaunlichen Fortschritten in den Bereichen Photovoltaik, Windenergie, geothermische Energiegewinnung
und Batteriespeicherung (und dem vielleicht erstaunlichsten:
Kernfusionsenergie, siehe nächster Punkt), sowie in der Nanotechnologie und der künstlichen Intelligenz zur optimalen Energieverwendung stehen wir an der Schwelle zum schnellsten und tiefgreifendsten Wandel im Energiesektor der letzten 150 Jahre.
IV. Kernfusion – Die Lösung unserer Energieprobleme oder nur ein Thema der Jahrhundertträume?
Ohne großes öffentliches Aufsehen machen die Wissenschaftler heute bedeutende Fortschritte auf einem Gebiet,
das die Probleme der globalen Energieversorgung ein für alle Mal lösen könnte:
die friedliche Nutzung der Kernfusion. Es geht um nichts Geringeres als den Traum, unbegrenzte, saubere und
sichere Energie aus der thermonuklearen Verschmelzung von Atomkernen zu gewinnen, die gleiche Energie, die auch
unsere Sonne und unsere Sterne antreibt. Allerdings wird erst die nächste Generation in ca. 50 Jahren davon profitieren
können.
V. Die Genetik – Sieg über den Krebs oder Manipulation des Menschen?
Der schnelle Erfolg bei der Entwicklung des Impfstoffs gegen den Corona-Virus beruhte auf den immensen
Fortschritten der Gentechnik der letzten Jahre. «Gentechnische Impfstoffe» enthalten die genetische Information des
Erregers, der nach Verabreichung von körpereigenen Zellen in entsprechende Proteine übersetzt wird, woraufhin wie
bei einer echten Virusinfektion eine Abwehrreaktion des Immunsystems ausgelöst wird. Gentechnische Verfahren werden
aber nicht nur für Impfstoffe gegen Infektionskrankheiten entwickelt, sondern auch im Kampf gegen
Krebs, für die Optimierung der Ernten und vielen anderen wichtigen Bereichen.
VI. Internet der Dinge – Neue industrielle Technologien und intelligente Fabrikationen oder ein umfassender Eingriff in die Privatsphäre?
Mit steigender Rechenleistung, schnellerer Vernetzung durch ultraschnelles mobiles Internet und immer intelligenterer Datenverarbeitung wird die Entwicklung der «smarten Dinge» rasant weitergehen. Bereits 2019 wurde 5G eingeschaltet
und ermöglicht atemberaubende Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde auf unseren Handys. Dieses Netz
wird weltweit weiter ausgebaut. Um zu erreichen, was wir wollen, brauchen wir keinen Computer mehr; alltägliche
Dinge werden sich ohne unser direktes Eingreifen von selbst erledigen. Doch wollen wir diesen damit verbundenen
immensen Einfluss in unsere Privatsphäre wirklich (siehe auch Punkt IX unten)?
VII. Neuro-Erweiterungen – Verbesserung unseres Denkens und Handelns oder Abkehr von der heutigen Realität?
In den letzten zwanzig Jahren hat sich das Wissen über die Struktur und Dynamik unseres Gehirns vervielfacht.
Je mehr wir verstehen, wie es funktioniert, desto genauer lassen sich unsere Gefühle, Gedanken und Erfahrungen beeinflussen. Wissenschaftler arbeiten gar an Mikrochips, die ins Gehirn eingepflanzt werden können und unseren Gemütszustand
dauerhaft verbessern, unser Wohlbefinden steigern, unsere Intelligenz, unser Gedächtnis und unsere Konzentrationsfähigkeit
erhöhen oder sogar für dauerhaftes Glück sorgen. Doch ist diese massive Beeinflussung unseres Geistes wirklich
wünschenswert?
VIII. Unseren Geist verstehen – Finden wir unser Ich oder ist es für Wissenschaftler unauffindbar?
Bisher hing unsere Wahrnehmung und die Art und Weise, wie wir uns selbst sehen und erleben (unser «Selbstmodell»,
wie Philosophen es nennen , oder das «Ich-Bewusstsein»), ausschließlich von unserer Verbindung mit der Realität
um uns herum ab. Was wir von außen erfahren und wie wir uns selbst dabei erleben, war unmittelbar durch die Reize
der Außenwelt gegeben. Mit neuen Technologien, die sich direkt auf unser Bewusstsein beziehen, gerät unsere Verbindung
zu dieser Realität ins Wanken. Indem sie unserem Gehirn neue Realitäten vorspielen, werden unsere Wahrnehmung und
unser Selbstmodell fast beliebig verändert. Virtuelle-Realität (VR)-Technologien verwandeln also nicht
mehr nur unsere äußere Lebenswelt, sondern zunehmend auch unseren subjektiven «Innenraum».
IX. Digitale Algorithmen und Big Data – Neue Profile für unser Leben oder Kontrolle des
menschlichen Denkens und Handelns?
Mit all der Sammlung und Weitergabe von Daten über uns und unseren Besitz im Internet haben wir Informationen weit jenseits unserer Kontakte längst nicht mehr nur in Computern oder Telefonen stehen. Die Gegenstände unseres Alltags regeln ihre Bedürfnisse direkt miteinander im oben bereits beschriebenen Internet der Dinge. Wie einfach dies doch unser Leben macht! Doch es gibt einen Haken.
Die Daten, die wir überall hinterlassen, wie Bakterien nach einem Niesanfall, werden gesammelt, mit immer leistungsfähigeren Algorithmen und immer intelligenterer KI verarbeitet und für immer umfassendere Zwecke genutzt. Aus ihnen lassen sich unsere Verhaltensweisen, Vorlieben und Charaktereigenschaften gezielt auslesen und die Muster unseres Lebens berechnen – und dann manipulieren.
X. Nanotechnologie – Erschaffung von Dingen aus dem „Nichts“ oder nur ein Traum?
Es gelingt den Forschern bereits, Strukturen auf atomarer Ebene gezielt zu manipulieren und sogar Grundbausteine für Nanomaschinen herzustellen: Rollende Nano-Räder, Nano-Getriebe, die sich entlang einer gezackten Kante von Atomen drehen, Propeller, Scharniere, Greifer, Schalter und vieles mehr. Schon jetzt können kleine Motoren und Fahrzeuge entwickelt werden – und alle sind etwa ein Zehntausendstel Millimeter groß, also nahe an molekularen Strukturen. Die dahinter stehende «zweite Generation der Quantentechnologien», die auch Quantencomputer enthält, wird also unser Leben mindestens ebenso stark verändern wie die erste Generation mit Computern, Lasern, Atomenergie und bildgebenden Verfahren in der Medizin.
XI. Stammzellen – Zellen, die alles können, auch für unseren gesamten Körper und Geist?
Die nächste Revolution in der Reproduktionsmedizin – nach den ersten In-vitro-Fertilisationen 1978 – steht bereits vor der Tür. In Zukunft können in einer Petrischale Hunderte von Embryonen aus elterlichen Zellen gezeugt werden. Nachdem durch DNA-Analysen die Veranlagungen jedes einzelnen Embryos detailliert bestimmt wurden, können die Eltern ihr Wunschkind auswählen. Dies und vieles mehr wird durch die Verwendung von Stammzellen möglich sein.
XII. Biotechnologie – Medizinischer Traum oder zukünftige Realität?
In der Biotechnologie wird immer mehr mit Nanorobotern gearbeitet. Sie werden bereits eingesetzt, um Medikamente gezielt in krankes Gewebe zu transportieren, so dass Krankheitserreger oder mutierte Zellen direkt mit Wirkstoffen angegriffen werden können. Man spricht in diesem Zusammenhang von «medizinischen Wunderkugeln». Die Zukunftsaussichten für den Einsatz von Nanomaschinen in der Medizin sind jedoch noch viel spannender. Sie reichen von ultrakleinen Nanorobotern (sog. «Nanobots»), die sich permanent auf der Suche nach Krankheitserregern durch unseren Körper bewegen, von automatischen Nano-Checks jeden Morgen beim Zähneputzen über Biomarker, die schwere Krankheiten im Frühstadium anzeigen, bis hin zum Ersatz defekter Körperteile durch Implantate aus entsprechenden Nanopartikeln.
XIII. Neue Lebensmitteltechnologien – Wie wir 10 Milliarden Menschen ernähren werden oder nur eine wissenschaftliche Traumgeschichte?
Das 20. Jahrhundert ist reich an bedeutenden technologischen Errungenschaften und prägenden Technologien.
Müsste man jedoch die für die Menschheit bedeutendste technische Erfindung des letzten Jahrhunderts benennen,
fiele die Wahl wohl auf das Haber-Bosch-Verfahren von 1908, das die großtechnische Herstellung von Ammoniak
aus Wasserstoff und Luftstickstoff ermöglichte. Ohne das Haber-Bosch-Verfahren wäre es unmöglich, auch nur
die Hälfte der heutigen Weltbevölkerung zu ernähren. Doch auch Kunstdünger und moderne Agrartechnik werden
die Aufgabe, 10 Milliarden Menschen zu ernähren, nicht bewältigen können. Neben dem (umstrittenen) Einsatz
von Gentechnik müssen zwangsläufig mehr Lebensmittel industriell hergestellt werden. Und genau hier könnte es durch
den technologischen Fortschritt bald zu massiven Veränderungen kommen, nämlich durch Fleisch, das wie aus dem
3D-Drucker kommt. Solche „Drucker“verwenden Muskelstammzellen von Rindern, die künstlich gezüchtet und vermehrt
und dann mit Nährstoffen, Salzen, pH-Puffern usw. vermischt werden. Das Ergebnis schmeckt höchstwahrscheinlich
köstlicher und ist gleichzeitig gesünder als jedes bisherige Tierfleisch, und … das praktisch ohne CO2-Emissionen!
XIV. Synthetisches Leben – Wenn der Mensch Gott spielt: Teil I
Neben der Optimierung von Genen, der Lebensverlängerung durch Krebsbehandlungen, der verbesserten Pflanzenzüchtung
und der Stammzelltherapie eröffnet die Gentechnik noch eine weitere aufregende wie nicht weniger unheimliche Möglichkeit
des menschlichen technologischen Eingreifens: die Schaffung völlig künstlichen Lebens, das auf bestimmte Zwecke
zugeschnitten ist. Leben von Grund auf neu zu schaffen, nennen Genforscher heute «synthetische Biologie». Dieses neue
Forschungsgebiet der Biologie zielt darauf ab, Lebensformen zu schaffen, die es auf unserem Planeten noch nie gegeben hat.
XV. Lebensverlängerung – Wenn der Mensch Gott spielt: Teil II
Warum werden wir eigentlich älter – und sterben schließlich? Die Wissenschaft kann diese Frage immer noch nicht
genau beantworten. Keine der verschiedenen Theorien des Alterns ist allgemein anerkannt. Vereinfacht könnte man sagen,
dass unsere Zellen und Organe mit der Zeit einfach ihre Funktionsfähigkeit verlieren. Doch die meisten Genforscher
gehen heute davon aus, dass dieser Prozess aufgehalten oder sogar rückgängig gemacht werden könnte. Wird damit ein
urmenschlicher Traum wahr: der Jungbrunnen des ewigen Lebens? Doch so aufregend diese technologischen
Möglichkeiten auch sind: Sind die meisten von ihnen überhaupt wünschenswert? Wollen wir wirklich in einer Gesellschaft
leben, in der die Menschen immer älter werden oder sie genau beobachtet werden bei allem, was sie tun?
Wollen wir unseren Geist komplett verändern oder künstliche Intelligenz, die uns in allem überlegen ist?
Wollen wir die genetische Manipulation von uns oder gar ganz neues Leben erschaffen? Das besonders Unheimliche ist,
dass diese Entwicklungen alle auf einmal auftreten, während technologische Revolutionen in der Vergangenheit immer
hintereinander kamen.
Faszinierendes Universum
„Für den Bau ihrer multiplen Energieversorgung haben wir auch effiziente Hilfskräfte“ !