Schlagwort: Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Empa erforscht klimafreundlichen Beton

Der Schweizerische Nationalfonds (SNSF) fördert ein auf fünf Jahre angelegtes Projekt der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) zur Erforschung von CO2-Bindung in Zement. Im Rahmen des SNSF Advanced Grant erhalten die Wissenschaftler rund um Projektleiterin Barbara Lothenbach 2,2 Millionen Franken für ihr Forschungsprojekt, heisst es in einer Medienmitteilung.

Der Zuschuss ersetzt demnach Gelder des European Research Council der Europäischen Kommission, zu denen Schweizer Forschende derzeit keinen Zugang haben.

Mit Hilfe des Fördergeldes sollen die Empa-Experten zusammen mit Partnern der finnischen Universität Oulu Grundlagenforschung im Bereich CO2-Bindung in Zement durchführen.

Hintergrund des Projektes namens Low Carbon Magnesium-Based Binders ist, dass die Zementindustrie grosse Mengen Kohlenstoffdioxid freisetzt. Gleichzeitig gilt Beton als Hoffnungsträger für die Bindung von CO2 und damit als potenzieller Senker des klimaschädlichem Treibhausgases, wenn er auf Magnesium basiert und nicht wie normalerweise auf Kalk.

Wie stabil Magnesium-Beton auf lange Sicht ist, wie er sich auf Baustellen am besten herstellen lässt und wie sich Temperatur, pH-Wert und andere Faktoren auf molekularer Ebene auswirken, sollen die Forschenden ab 2023 herausfinden.

Juli 2022
Holzboden soll Schall schlucken

Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) arbeiten an einer Weltneuheit in der Schalldämmung von Holzbauten, wie es in einer Mitteilung heisst. Es geht insbesondere darum, den Trittschall zu reduzieren. Dabei greifen die Forschenden auf eine physikalische Theorie aus den 1990er-Jahren zurück.

Bei der Theorie geht es um sogenannte akustische schwarze Löcher. Dabei sollen parabolische Aussparungen in einem Material Vibrationen wie Schall „schlucken“ können. Allerdings wurde diese Theorie bisher weder im Holzbau noch in der Bauakustik getestet. Stefan Schoenwald, Leiter des Bauakustiklabors der Empa in Dübendorf, hat mit seinem Team nun genau solche Experimente durchgeführt.

Bei seinen Versuchen hat das Team akustische Spektren bereits am Computer berechnet. Danach hat es getestet, ob das Computermodell der Realität entspricht. Tatsächlich gab es nur Abweichungen von bis zu 5 Prozent, was die Forschenden unter anderem mit der natürlichen Variation des Holzes erklären.

Die Forschenden wollen nun auch noch ein Verfahren entwickeln, das automatisch die beste Anordnung und Form der akustischen schwarzen Löcher auf beliebigen Bodengrössen und -formen aufzeigen kann. Danach gilt es, Industriepartner zu suchen. Bei den Versuchen hat die Empa bereits mit der Holzbaufirma Strüby AG in Seewen SZ kooperiert.

Mai 2022
Superblocks machen Städte lebenswerter

Eine Studie der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) hat untersucht, welche Städte das Potenzial zu einer Umgestaltung mithilfe von Superblocks haben. Dieses Mittel der Stadtplanung kann steigender Hitze, Lärm- und Luftverschmutzung und schwindenden Grünflächen durch den Klimawandel oder das Bevölkerungswachstum entgegenwirken. Die Stadtplanung sei dabei zentral, wird Studienautor Sven Eggimann in einer Mitteilung der Empa zitiert: „Die Gestaltung und Verwendung des Strassenraums beeinflusst die Lebensqualität der Bewohnerinnen und Bewohner und hat das Potenzial, das Stadtklima erheblich zu verbessern.“

Vorbild für die Bildung von Superblocks ist Barcelona. Dort werden idealerweise 3 mal 3 Häuserblocks und ihre Innenhöfe zu einem Superblock zusammengefasst. Der Erschliessungsverkehr wird aussenherum geführt, das Innere bleibt gänzlich autofrei. Anstelle von Strassen und Parkplätzen werden Velo- und Fusswege, Grünflächen und Begegnungszonen geschaffen. Ausserdem können hitzereduzierende Massnahmen umgesetzt werden.

Das Potenzial dieses Städtedesigns ist laut Eggimann deshalb so hoch, weil Strassen in den heutigen urbanen Gebieten einen erheblichen Teil der Gesamtfläche ausmachen. In europäischen Städten seien dies typischerweise zwischen 15 und 25 Prozent.

Das Superblock-Potenzial einzelner Städte errechnete Eggimann mit Werten zwischen 1 Prozent und einem Drittel der Strassen. Das grösste Potenzial wiesen Städte wie Mexiko-Stadt, Madrid und Tokio auf. Doch auch Städte, deren Strassen weniger rasterartig angelegt sind als in Barcelona, eignen sich laut Eggimanns Studie für Superblöcke: „Dies birgt die Chance, urbane Quartiere attraktiver zu gestalten, indem man die Menschen und nicht die Fahrzeuge ins Zentrum stellt.“

März 2022
IWB steigt bei Sympheny ein

IWB beteiligt sich mit 30 Prozent an Sympheny. Das Jungunternehmen mit Sitz in Dübendorf hat eine Software entwickelt, die mögliche Energielösungen für Gebäude in Sekundenschnelle vergleichen kann. Daraus gezogene Erkenntnisse will IWB bei eigenen Planungen zum klimafreundlichen Umbau der Energieversorgung nutzen.

„Bezahlbarer Klimaschutz braucht optimierte Energieversorgungen“, leitet IWB einen Beitrag auf LinkedIn zum Einstieg bei Sympheny ein. Ihm zufolge will das Unternehmen für Energie, Wasser und Telekommunikation im Kanton Basel-Stadt die Ausgründung der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) mit dem frischen Kapital bei der Weiterentwicklung ihrer Software unterstützen. Man freue sich auf die vertiefte Zusammenarbeit mit den Sympheny-Mitgründern Andrew Bollinger, Matthias Sulzer, Boran Morvaj und Julien Marquant, schreibt IWB.

Einem Bericht auf startupticker.ch zufolge wurde die Software des erst 2020 gegründeten Jungunternehmens bereits in mehr als 20 grösseren Planungsprojekten verwendet. Zu den Kunden von Sympheny gehörten „unter anderem Energieversorger und Generalunternehmen aus der ganzen Schweiz“, heisst es dort weiter. Die von Sympheny entwickelte Energieplanungssoftware simuliert das zu untersuchende Energiesystem mit einem digitalen Zwilling. Über Algorithmen und standardisierte Geoinformationsdaten (GIS-Daten) können Produktion, Speicherung und Verbrauch von Energie simuliert werden.

Februar 2022
Empa zeigt Vorteile von Hochleistungsdämmstoffen

Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben untersucht, ab wann sich für Bauherren eine Investition in kostspielige Hochleistungsdämmstoffe wie Aerogele lohnen kann. In einer ersten Betrachtung wurden laut einer Medienmitteilung die 25 teuersten Städte in Europa, Nordamerika und Asien einem Vergleich unterzogen. Dabei fand das Forscherteam heraus, dass der lukrative Flächengewinn durch die kostspieligeren Aerogele bei einem Quadratmeterpreis von mehr als 8000 Franken die Mehrkosten der dünneren Dämmvariante übersteigt.

Zur Begründung heisst es, dass eine Hochleistungsisolation die gleiche Dämmwirkung erzielt wie konventionelle Mineralwolle, aber nur die Hälfte bis zu einem Viertel an Materialeinsatz benötigt wird. Vor dem Hintergrund steigender Immobilienpreise und verdichtetem Bauen in Städten könnten Hochleistungsdämmstoffe wie Aerogele eine wirtschaftliche Bauweise begünstigen. Denn je dünner die Aussenhülle eines Bauwerks ist, desto mehr Raum stehe im Inneren zur Verfügung.

Die mittels einer Gleichung errechneten wirtschaftlichen Vorteile hätten sich in den 15 teuersten Städten zeigen lassen – darunter die vier Schweizer Städte Zürich, Genf, Lugano und Basel mit den europaweit höchsten Quadratmeterpreisen. Für Nordamerika sei die Amortisation in den 14 teuersten Städten, in Asien in den zehn teuersten Städten ermittelt worden. Die Erkenntnis könne auch künftige Planer bei der Entscheidung nach dem geeigneten Dämmmaterial unterstützen.

Februar 2022
Künstliche Intelligenz analysiert CO2-Ausstoss des Verkehrs

Eine an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) entwickelte Analysemethode kann Aussagen darüber treffen, wie sich der Verbrauch der Fahrzeugflotte eines Landes von Jahr zu Jahr verändert. Diese neue Methode basiert auf Mathematik und Deep Learning-Techniken. Laut einer Mitteilung ist sie in der Lage aufzuzeigen, wo die Politik sowie Autokäuferinnen und -käufer ansetzen könnten, um die CO2-Emissionen zu reduzieren.

Das zu analysieren, sei in den vergangenen Jahren zunehmend schwierig geworden. Denn Fahrzeuge liessen sich aufgrund technischer Neuerungen nicht mehr in klassische Segmente wie Klein-, Mittel- und Oberklasse einteilen. Zudem würden Neufahrzeuge immer grösser und schwerer. Dazu nähmen die Hubräume ab, bei gleichzeitig immer besseren Wirkungsgraden der Motoren.

Deshalb bezeichnet die Empa-Abteilung Fahrzeugantriebssysteme ihre Analysetechnik als „wichtigen Durchbruch“: Sie ermögliche es, „die CO2-Emissionen separat zu bewerten und durch die Analyse grosser Datenbanken eine genaue automatische Fahrzeugklassifizierung vorzunehmen“, erläutert Forscherin Naghmeh Niroomand. „Dies erleichtert die Analyse von Flottenveränderungen in einem Land oder einem grossen Unternehmen.“ Dank dieser neuen Methode würden „subjektive und expertenbasierte Faktoren“ beseitigt und die Datenbanken aus der ganzen Welt vergleichbar.

Für die Schweiz konnte das Team die durchschnittlichen CO2-Emissionen neu zugelassener Personenwagen berechnen. Wären weniger schwere Fahrzeuge wie SUVs auf Schweizer Strassen unterwegs, würde dies die Dekarbonisierung am wirksamsten voranbringen, so Niroomand. Hilfreich wäre es auch, Fahrzeuge mit geringerer Leistung in derselben Fahrzeugklasse zu kaufen.

Januar 2022
Empa erreicht Rekord bei flexiblen Solarzellen

Das Empa-Team des Laboratoriums für dünne Filme und Photovoltaik unter der Leitung von Ayodhya N. Tiwari hat seinen siebten Rekord für den Wirkungsgrad flexibler CIGS (Copper Indium Gallium Diselenide)-Solarzellen aufgestellt. Nach einem rekordhohen Wirkungsgrad von 12,8 Prozent im Jahr 1999 erreichte es nun laut einer Medienmitteilung 21,38 Prozent. Dieser neue Rekord wurde vom unabhängigen Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme im deutschen Freiburg bestätigt.

Der nun gemessene Wert liegt bereits nahe am besten Wirkungsgrad herkömmlicher, nicht biegsamer Solarzellen aus kristallinem Silizium von 26,7 Prozent. Die hocheffizienten flexiblen Solarzellen eignen sich besonders für die Anwendung auf Dächern und Gebäudefassaden, für Gewächshäuser, Transportfahrzeuge, Flugzeuge und tragbare Elektronik. Gemeinsam mit der in Niederhasli ZH ansässigen Firma Flisom, einer Ausgründung aus der Empa und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH), entwickeln die Forschenden eine Rolle-zu-Rolle-Herstellung von leichten, flexiblen Solarmodulen für derartige Anwendungen.

Diese Solarzellen werden mittels einer Niedrigtemperatur-Verdampfungsmethode auf einer Polymerfolie hergestellt. Darauf liegt das lichtabsorbierende Halbleitermaterial als hauchdünner Film. Empa-Forscher Shiro Nishiwaki optimierte deren Zusammensetzung. So konnte er den Wirkungsgrad weiter erhöhen. Laut Messungen des Teams blieb die Steigerung der Photovoltaikleistung auch nach mehreren Monaten stabil.

Tiwaris Team arbeitet eng mit dem Kovalenko Lab für Funktionale Anorganische Materialien der ETH Zürich zusammen. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden vom Bundesamt für Energie unterstützt.

September 2021
Empa-Forschende entwickeln Energiesparriegel für Fenster

Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben eine neuartige Wärmedämmung für Fenster entwickelt. Laut Medienmitteilung ist der Dämmsteg eine Art Sandwich, mit einer umweltfreundlichen Füllung. Im Inneren befindet sich aus wiederverwerteten PET-Flaschen geformter Schaumstoff mit mikroskopisch kleinen Luftbläschen. Dieser sogenannte gefüllte Energiesparriegel für Fenster hat einen sehr hohen Wärmedämmwert.

Entwickelt wurde der Riegel von einem Empa-Team um Michel Barbezat und Giovanni Terrasi von der Abteilung Mechanical Systems Engineering zusammen mit Experten des Metallbauunternehmens Hochuli in Wigoltingen TG. Frank Hochuli hat für das Vorhaben eigens die Tochterfirma hochuli advanced gegründet. Hochuli bietet den Dämmsteg unter dem Markenzeichen Alpet an. Verglichen mit heutigen hochwertigen Ausführungen liesse sich die Wärmdämmung, etwa in einem neuen Bürogebäude, durchaus um bis zu einem Fünftel verbessern, wird Frank Hochuli zitiert.

Das neue Produkt ist von den Empa-Forschenden auf Verschleissfestigkeit bei Dauerbeanspruchung wie auf die Eigenschaften der Wärmedämmung geprüft worden. Eine weitere Prüfung des neuartigen Dämmstegs ist beim Prüfinstitut ift im bayerischen Rosenheim vorgenommen worden. Das ift gilt laut der Medienmitteilung in der Branche seit Jahrzehnten als Referenz. Die Fachleute dort setzten laut der Empa-Mitteilung die Prototypen auch Brandversuchen, Bruchtests und anderen Belastungen aus, wie auf nicht sichtbare Mikrorisse nach 1000-stündiger Lagerung in Öl oder leichter Säure oder nach starkem Zug in Querrichtung.

Nach Angaben von Frank Hochuli liegen offizielle Zertifizierungen zum Brandverhalten und zur statischen Belastbarkeit vor. Das Attest zur Wärmedämmung steht noch aus.

Juli 2021