Physik Journal 10 / 2014

Defekte Zündschlösser, klemmende Gaspedale oder nicht funktionierende Airbags – immer wieder geraten Automobilhersteller mit Negativschlagzeilen in die Presse. Die Zahl der Rückrufe steigt beständig, und 2014 hat sich bereits jetzt zu einem traurigen Rekordjahr entwickelt: Bis Juni wurden laut einer Studie des Center of Automotive Management in Bergisch-Gladbach auf dem US-Markt 37,2 Millionen Fahrzeuge zurückgerufen, 25 Millionen allein von General Motors! Für GM bedeutet das einen riesigen Imageverlust und einen Gewinneinbruch von fast 90 Prozent im ersten Quartal – mindestens zwölf Menschen haben das defekte Zündschloss bei GM sogar mit dem Leben bezahlt.

Bei solchen Vorfällen gilt es für die Automobilhersteller, möglichst schnell die Ursache zu finden. Häufig holen sie sich dafür Hilfe von außen, beispielsweise von der Schweizer Société Générale de Surveillance SGS – dem weltweit führenden Unternehmen im Bereich Testen, Inspizieren und Zertifizieren. SGS arbeitet für Kunden aus der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik oder Pharmaindustrie sowie für Versicherungen, Gutachter und Gerichte. Den Standort in Dortmund leitet der Physiker Olaf Günnewig. Die Themen „Sicherheit“ und „Prüfen“ ziehen sich durch sein gesamtes Berufsleben. Dabei war es der Zufall, der ihn damit in Kontakt gebracht hat. „Ich habe mich etwas spät um ein Thema für meine Diplomarbeit gekümmert und bin eher zufällig in der Computertomo­grafie gelandet“, erinnert er sich. In der Promotion hat er damit menschliche Knochenproben untersucht. Bei seinem ersten Arbeitgeber hat der 49-jährige Physiker industrielle Computertomografen entwickelt. Im Jahr 2000 ist er beim Institut Fresenius gelandet. Das Labor verbinden viele mit Wasser- und Lebensmittelanalysen oder dem Qualitätssiegel auf dem Nutellaglas. Es führt aber auch Untersuchungen an technischen Komponenten durch. Seit 2004 ist das Institut eine Tochter­gesellschaft der SGS...

Deutschland befindet sich in einer Transformation des Energiesystems, die dieses wesentlich und nachhaltig verändern wird. Getrieben ist diese Entwicklung hauptsächlich durch den Klimawandel, nicht zuletzt zurückgeführt auf das CO2, das im Energiesektor emittiert wird. Die deutsche Energiewende, derzeit im Wesentlichen als „Elektrizitätswende“ diskutiert, greift jedoch zu kurz: Wollen wir das ehrgeizige Ziel erreichen, die CO2-Emissionen bis 2050 auf 80 Prozent des Niveaus von 2010 zu reduzieren, reicht es nicht aus, allein den Elektrizitätssektor zu betrachten. Schließlich setzt sich der Energieverbrauch ganz grob zu etwa gleichen Anteilen aus den drei Sektoren Elektrizität, Wärme und Mobilität zusammen. Für eine genauere Betrachtung muss man zwischen Primär- und Endenergie­verbrauch unterscheiden: Hinsichtlich der Endenergie ist der Stromanteil deutlich geringer, berücksichtigt man allerdings die Umwandlungsverluste von Primärenergie zu Strom, so wird etwa ein Drittel der Primär­energie für Strom eingesetzt.

Der Bedarf an Energiespeichern wird dennoch vornehmlich für das Elektrizitätssystem gesehen. Dies ist auf die fluktuierende Natur der meisten „erneuerbaren“ Energien zurückzuführen. Während Geothermie, Biomasse und Wasserkraft grundsätzlich dann verfügbar sind, wenn sie benötigt werden, hängen Wind- und Sonnenenergie von den jeweiligen Wetterbedingungen ab. Lediglich solarthermische Kraftwerke mit integriertem Wärmespeicher sind in gewissem Maße grundlastfähig, diese benötigen aber direkte intensive Sonnenstrahlung, sodass solche Kraftwerke eher für die Sonnengürtel der Erde geeignet sind. Wie man am Beispiel des Monats April 2011 und einem der vier deutschen Übertragungsnetzbetreiber deutlich sieht, fluktuiert die Einspeisung verhältnismäßig stark zwischen fast keiner Windeinspeisung und einer Leistung von etwa 10 GW (Abb. 1). Dies kompensieren zwar teilweise andere erneuerbare Energien, aber ein System, das zu sehr hohen Anteilen auf erneuerbare Energien setzt, muss starke Fluktuationen der Einspeisung bewältigen können. Außerdem zeigt die Abbildung, dass ein System auch längere Zeiten mit geringer Windeinspeisung verkraften muss...

Bereits in der Mitte des 19. Jahrhunderts wurden erstmals Plasmen im medizinischen Bereich verwendet. So erzeugte Werner von Siemens in den 1850er-Jahren mithilfe eines Plasmas Ozon, um biologisch verunreinigtes Wasser aufzuarbeiten. Dieses von ihm patentierte Verfahren ist immer noch Gegenstand aktueller Forschung. Zur Jahrhundertwende und bis in die 1920er-Jahren kamen weitere medizinische Anwendungen hinzu: Kohlenstoff-Lichtbogenlampen dienten als Sonnenlichtersatz und zur „UV-Therapie“, und in den „Violett Ray Machines“ oder Hochfrequenz-Strahlapparaten erzeugten Gasentladungen in Glasröhren UV-Strahlung, elektromagnetische Wechselfelder und unter bestimmten Voraussetzungen auch kalte Plasmen auf der Haut. Diese als Allheilmittel vermarkteten Geräte waren zwar sehr eindrucksvoll, erreichten angesichts dieses Versprechens aber nicht den Status eines geprüften Medizinprodukts und verschwanden in den 1950er-Jahren.

Der bisher größte kommerzielle Erfolg von Plasmen beruht auf der Möglichkeit, biokompatible Oberflächen auf Implantaten sowie Medizinprodukten zu erzeugen oder zu funktionalisieren. Die Technologie der physikalischen Dampfabscheidung dünner Schichten wurde in den 1960er-Jahren auf breiter Basis kommerzialisiert. In der Medizin erlauben es plasmabehandelte Oberflächen z. B., die Abriebfestigkeit bei Gelenkimplantaten zu verbessern, die Anhaftung oder das Anwachsen von Zellen zu stimulieren oder eine anti­mikrobiell wirkende Oberfläche zu erzeugen [1]...