Monatsarchive: Mai 2011

Gerbung unter dem Einfluss verdichteten Kohlendioxids

 

Aufstieg und Fall des Übergangsmetalls Chrom

Im verwendeten Aufbau wurde das zu gerbende Stück Haut in der Zelle vorgelegt, die Zelle verschlossen und unter Kohlendioxiddruck gesetzt. Der Druckaufbau erfolgte über eine Pumpe, die durch kontinuierliche CO2-Zugabe den Druck in der Sichtzelle erhöht hat. Nach Erreichen des gewünschten Drucks wurden die Ventile geschlossen. Die Temperierung der Hochdrucksichtzelle erfolgte über zwei Heizstäbe, die im Behältermantel integriert sind. Das Innere der Zelle kann über zwei Sichtfenster auf der Vorder- und Rückseite beobachtet werden. Auf der Sichtzelle ist ein Rührer montiert, mit dessen Hilfe das Gemisch in der Sichtzelle umgerührt wurde.

Die im unten gezeigten Diagramm dargestellten Ergebnisse zeigen den Vergleich der Gerbdauer von konventionellem und kohlendioxidunterstütztem Verfahren. Die Gerbung bei 100 bar zeigt eine ähnliche Charakteristik wie die konventionelle Gerbung, aber in wesentlich kürzeren Zeitabständen. Nach einer ersten schnellen Zunahme auf 40 % der geforderten Chrommenge nach einer Stunde stagniert die Zunahme. Nach dieser Stagnation nimmt der Chromgehalt erneut schnell zu. Nach 4 h Gerbdauer ist das Kriterium zu 85 % erfüllt, nach 5 Stunden zu 100 %.

Im Anschluss nähert sich der Chromgehalt einem Grenzwert bei 129 %. Dies entspricht einem Chromgehalt von 3,6 %. Dieser Messwert wird auch in der Literatur als maximale Chrombindungsfähigkeit bestätigt und zeigt die Vergleichbarkeit zwischen Labormaßstab und Gerbung im industriellen Maßstab.

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Die Versuche im Labormaßstab haben gezeigt, dass eine zeitbeschleunigte Gerbung unter dem Einfluss verdichteten Kohlendioxids möglich ist. Um ein Verfahren industriell umsetzen zu können, müssen Materialmuster erzeugt werden, die eine repräsentative Größe haben. Gerade im sehr traditionell geprägten Gerbereiwesen können potenzielle Kunden nur über haptisch zu beurteilende Produktmuster überzeugt werden. Für die Gerbung im Pilotmaßstab ist eine neue Anlagentechnik bei Fraunhofer UMSICHT 2008 aufgebaut worden.

Diese Anlage ermöglicht es Leder bis zu einem Druck von 320 bar und einer Temperatur von 60 ºC in einem sich drehenden 20 L großen Korb zu gerben. Die Größe der Leder, die produziert werden können, beträgt ca. 0,75 m2. Die Rotation des Korbes ist für die Erzeugung einer hohen Lederqualität unerlässlich, da sowohl der Diffusionsprozess durch Saugeffekte gesteigert wird, wie auch das Leder eine höhere Flexibilität erlangt.
[…]
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es nicht nur erheblich weniger Zeit als ein konventionelles Verfahren beansprucht, sondern auch eine signifikante Einsparung chromhaltigen Abwassers möglich ist. Für dieses neue Verfahren werden die Häute nur mit soviel Flüssigkeit in Kontakt gebracht, wie sie aufsaugen können. Die Flüssigkeit enthält eine sehr hohe Chromkonzentration. Während des Hochdruckprozesses wird die Flüssigkeit von der Haut aufgesaugt und die Chromionen diffundieren zu den reaktiven Stellen (Carboxylgruppen) des Hautkollagens. […]

Die Reduzierung des Abwassers kann bei dieser Verfahrensweise mit über 90% angegeben werden. Beim konventionellen Gerbprozess werden ca. 1,5 bis 2 t chromhaltigen Wassers für die Erzeugung einer Tonne Leder benötigt. Bei der neuen Verfahrensweise fällt unter 100 kg Abwasser pro Tonne Leder an.

Übergangsmetall! Wenn man schon mit dieser stigmatisierenden Bezeichnung geschlagen ist, so wie das Chrom, dann ist einem Blütezeit und Absturz praktisch in die Wiege gelegt. Und genau so erging es dem Chrom. Das 18. Jahrhundert war auf der Zielgeraden, als rechtzeitig zum Industriezeitalter Louis-Nicolas Vauquelin 1797 das Übergangsmetall Chrom entdeckte und ihm den Namen gab, das griechische Wort für Farbe. Zwar hatte schon Johann Gottlob Lehmann 36 Jahre vorher das Chrom entdeckt – hielt es aber für eine Verbindung aus Blei, Eisen und Selen. Gut zwanzig Jahre nach seiner Chromentdeckung konnte Vauquelin 1818 das Bleisalz des Chroms, Blei(II)-Chromat isolieren, die ohne jede Übertreibung gelbste Erfindung der Neuzeit. In Form dieses Chromgelb genannten Salzes eroberte Chrom die westliche Zivilisation, denn Chromgelb war eine so strahlende Farbe, dass trotz ihrer recht schnell entdeckten Giftigkeit überall als Modefarbe verwendet wurde. Nicht Strom, sondern Chrom war gelb.

Die Familie Thurn und Taxis zum Beispiel hatte über die Jahrhunderte nicht nur das Postgeschäft aufgebaut, sondern stets auch recht goldene Wappenfarben. Da kam das strahlenden, sonnenhafte, für das damalige Farbgefühl offenbar recht goldnahe Chromgelb gerade recht und wurde zum thurn-und-taxis’schen postgelb geadelt. Die Nachfahren des Chrom stecken bis heute also in allen gelben Postämtern und Taxis der Welt, von New Yorker Cabs über die französische Post bis zu den nepalesischen Taxischildern in Kathmandu. In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde schließlich die Chromgerberei patentiert – Lederverarbeitung war damals im Deutschen Reich der drittgrößte Gewerbezweig – und Vincent van Gogh malte seine Bilder, die für ihre Chromgelbtöne heute berühmt sind: Chrom auf einem Höhenflug der gesellschaftlichen Achtung, kaum ersetzlich in der aufblühenden chemischen Industrie. Und auch in der Medienlandschaft nahmen sich Chromverbindungen ihren Platz, bei Druckverfahren ebenso wie bei der Fotografie – der Name Kodachrome zum Beispiel zeugt davon. Als sich zeigte, dass bei der Obeflächenbehandlung von Metall die Verchromung wunderbare Effekte in Aussehen und Haltbarkeit erzeugte, bekam mit dem globalen Erfolg der Automobilindustrie die Welt das wahre, glänzendmetallene Gesicht des Chroms zu sehen, nicht nur seiner gelben Verbindungen. Chrom spielte in jedem Film aus Hollywood mit, Verchromtes war das Zeichen des Wohlstands.

Und dann der Zenit. Ein ganzes Jahrzehnt definierte sich über Chrom, die 1980er Jahre brachten die Verchromung als Haltung gegenüber der Welt. Vielleich hätte man es am doch recht schmierigen, hohlen Wort “Lifestyle” merken können. Vielleicht hätte Chrom in seinem Grössenwahn nicht allzusehr auf Mode und Ästhetik setzen sollen, denn in seiner glänzenden Exponiertheit geriet es in den Fokus der Umweltbewegung, die genau in dem Jahrzehnt an Fahrt gewann, in dem Chrom – seit den 1950ern an vielen Automobilen im typischen Glanz zu finden – seinen verchromten Höhepunkt in der Popkultur feierte.

Aber Chrom glänzte zu sehr, um nach den glitzernden 80er Jahren noch eine Rolle zu spielen, und seine Giftigkeit – die es ja nie verborgen hatte – wurde immer stärker zum gesellschaftlichen Kriterium. Es folgte der grausame Absturz in die Autotuning-Szene, vom Gelb van Goghs zur verchromten Stossstange eines Gebrauchtwagen. Bitter.

Und doch wird Chrom noch gebraucht. In der anfangs beschriebenen Gerberei sogar sehr dringend. Heutzutage gibt es in der EU 1.650 Gerbereien mit 26.000 Beschäftigten. Und es werden ungefähr 90% der jährlich 2.000 Quadratkilometer gegerbten Leders mithilfe des Chroms hergestellt, man könnte damit Berlin zweimal vollflächig mit Leder auslegen, eine so mittelschöne Vorstellung. Immer mal verursacht das Chrom mit seinen vielfältigen und zum guten Teil giften Verbindungen Umweltskandale, zuletzt 2010 im Trinkwasser in den USA. Aber trotz seiner Notwendigkeit im Hintergrund arbeiten viele Hände und Köpfe daran, es immer weiter zu reduzieren, Molekül für Molekül. Ein neues Verfahren zur Gerberei reduziert sowohl die Menge des verwendeten Chroms wie auch die des verchromten Abwassers – anders verchromt als Stahl, natürlich – um 90%. Sogar dort, wo am Chrom kaum ein Weg vorbeiführt, wird es in die Ecke gedrängt, marginalisiert, im wahrsten Sinne unter Druck gesetzt, denn so funktioniert das Gerbverfahren, unter Hochdruck mit CO2. Chrom wird uns weiter begleiten, immer wieder auf seine Unverzichtbarkeit pochen, und seine Vorteile versuchen, geschickt zu inszenieren. Aber jeder, der die 80er Jahre miterlebt hat, weiss: die großen Tage des Chrom sind vorbei, unwiderruflich.


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Lupinenfasern zur Cholesterol-Reduktion

 

Hipper sterben mit Lupinen

Die gesteigerte Absorption von Gallensäuren durch gezielte Ballaststoffzufuhr ist allgemein als Instrument zur Cholesterol –Reduktion, und damit zur Verminderung des Risikos an Darmkrebs zu erkranken, anerkannt. Das Cholesterol senkende Potenzial verschiedener Ballaststoffe ist über die Messung ihres Gallensäurebindevermögens vielfältig untersucht worden. Bislang gibt es in der Literatur jedoch wenig Daten zum Gallensäurebindevermögen von Leguminosenfasern, speziell der Lupine. Genießbare Sorten dieser Nutzpflanze lassen sich erst seit etwa zehn Jahren in Nordeuropa anbauen.

Eine vorliegende Studie des Fraunhofer Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV), gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), hatte die Charakterisierung der Bindungsmechanismen zwischen Ballaststoffen aus Lupinen (Lupinus angustifolius L. Boregine) und der Gallensäure Taurocholsäure zum Ziel. Die Studie verwendete ein neu entwickeltes Verfahren, das den Verdauungsprozess im Reagenzglas simuliert, eine „In-Vitro-Digestion“. Es sollte insbesondere herausgefunden werden, welche Auswirkung mechanische und chemische Veränderungen der Fasern auf ihr Cholesterol senkendes Potenzial haben.

Während für die unbehandelte Lupinenfaser eine Bindungskapazität von 19% gegenüber Cholesterol nachgewiesen wurde, konnte durch mechanische und auch chemische Modifizierungen eine signifikante Steigerung dieser Eigenschaft erzielt werden. Ein partieller enzymatischer oder saurer Faserabbau konnte eine Verdopplung der Bindungskapazität auf 38% bewirken. Zum Vergleich: Cholestyramin, ein gängiger, Cholesterol hemmender pharmazeutischer Wirkstoff, weist eine Bindungskapazität von knapp 100% auf.

Die Studienergebnisse belegen die physiologische Wirkung der Lupinenballaststoffe und der Steigerungsfähigkeit dieser Eigenschaft durch gezielte strukturelle Modifizierung der Fasern. Der Einsatz von Lupinenfasern in der Nahrungsmittelindustrie sowie auch in der medizinischen Anwendung ist für die Zukunft vielversprechend.

Eine der unangenehmsten Begleiterscheinungen des Lebens ist das Sterben. Während mangels Erfahrungsberichten von Leuten, die schon mal gestorben sind, wenig über das Gefühl danach bekannt ist, ist der Sterbevorgang selbst äußerst unpopulär. Sehr populär dagegen sind ein paar Arten zu sterben: in der westlichen Welt sind Herz-Erkrankungen the western way to die, ebenfalls weit vorne sind Schlaganfälle.

Interessanterweise lassen sich diese beiden Todesursachen – immer wieder diskutiert, aber vermutlich doch – mit Cholesterin in Verbindung bringen, wobei es mit diesem fettartigen Naturstoff ist wie mit fast allem: zuviel ist ebenso ungünstig wie zu wenig, siehe auch zuviel Wasser (ertrinken im Meer) vs. zu wenig Wasser (verdursten, geht wegen des Salzwassers allerdings auch im Meer). Relativ unbestritten ist aber, dass die Durchschnittsperson in unserer fleischigen, fettigen, fressaffinen Gesellschaft mit Frittierfetisch zuviel Cholesterin zu sich nimmt, wenn zum Beispiel schon das Frühstück aus frittiertem Fett mit Öl in zerlassener Butter besteht. Deshalb ist es sinnvoll, Lebensmittel herzustellen, die dem Cholesterin entgegenwirken können.

Eine neue Studie der Fraunhofer Gesellschaft hat sich dabei auf die Lupine konzentriert, diese schön benamte Blume, deren Saaten man essen kann. In den Anden wird sie seit Jahrhunderten angebaut und gegessen, hierzulande gibt es erst seit kurzem süsse Lupinenarten, die besser als grauenvoll schmecken. Die Lupine hat den Vorteil, dass sie von ganz allein Cholesterin reduziert, in dem sie mit Ballaststoffen um sich wirft. Die Studie wollte diesen Effekt nachweisen und untersuchen, wie man ihn dazu noch verstärken kann. Und – Überraschung! – die Studie hat den Effekt bestätigt und mit einem paar mechanischen und chemischen Tricks die cholesterinsenkende Wirkung sogar verdoppeln können. Sonst würde der Artikel hier ehrlich gesagt auch gar nicht stehen, über Studien, die das Gegenteil der eigenen Vermutung belegen, schreibt man ja eher ungern.

Aber was bringt die Lupine mir so? Eine spannende Frage, die sich abgesehen vom Lupineneis in den nächsten Jahren noch genauer klären wird. Die Ballaststoffe der Lupine sind eine Art natürlicher Gesundheitswirkstoff. Bäckereien könnten deshalb zum Beispiel Brot mit Lupinenmehl backen, das gewissermaßen als cholesterinsenkendes Gegenmittel zum panierten Schweinebraten wirkt.

Nach dem gegenwärtigen Forschungsstand stirbt man also weniger oft an den üblichen Standardursachen, wenn man seine Mahlzeiten ab und an mit Lupinen versetzt – und damit erhöht sich natürlich die Chance auf eine ungewöhnlichere, hippere Todesart (z.B. ertrinken oder verdursten im Meer). Leute allerdings, denen Mode wichtig ist und die deshalb so sterben wollen wie alle anderen, nämlich an Herzinfarkten, Schlaganfällen und anderen Kreislauferkrankungen, die sollten in Zukunft auf eine möglichst lupinenarme Ernährung achten.


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