Nach gefloppter 3-D-Rakete: Druckt doch mal was Sinnvolles
Die erste Rakete aus dem 3-D-Drucker ist abgestürzt. Wir stellen drei Dinge aus dem 3-D-Drucker vor, die wirklich was verändern.
Maßgeschneiderte Organe
Die Idee: Mit dem richtigen 3-D-Drucker, einem Bauplan und einer speziellen Tinte ließen sich funktionsfähige Organe drucken. Herzen, Lebern oder Nieren könnten aus lebenden Zellen maßgeschneidert angefertigt und transplantiert werden – oder bei Medikamententests die Tierversuche ersetzen.
So funktioniert es: Weltweit stellen Forscher*innen dafür eine sogenannte Biotinte her, aus menschlichen Zellen und einem künstlichen Proteingerüst zur Stabilität. Wie bei 3-D-Druckern üblich, ist die Tinte anfangs flüssig und verfestigt sich dann, um Schicht für Schicht die definierte Form anzunehmen.
Das Potenzial: Obwohl die Forschung noch recht jung ist, feierte sie bereits erste Erfolge. 2019 präsentierten Wissenschaftler*innen in Israel ein gedrucktes Herz aus menschlichem Gewebe – allerdings nur etwa so groß wie eine Kirsche. Organe brauchen eine Menge Zellmaterial, das beim Drucken überleben muss. Um ein Herz in richtiger Größe zu drucken, fehlen noch einige Jahre an Forschung, schätzen Expert*innen. Bei simpleren Teilen des Körpers geht es schneller. Im vergangenen Jahr bekam eine Frau in den USA zum ersten Mal eine gedruckte Ohrmuschel aus ihrem eigenen Zellmaterial transplantiert. Dafür entnahmen ihr Forscher*innen Knorpelzellen und vermehrten die im Labor. So bestand kein Risiko, dass der Körper das Transplantat ablehnt.
Bis gedruckte Ohrmuscheln zum gängigen Verfahren werden, wird es noch dauern. Doch schon jetzt wird an der medizinischen Universität in Innsbruck gedruckte Menschenhaut für Forschung genutzt. Mit ihr kommen die Forscher*innen zu genaueren Ergebnissen, als es bisher mit Tierversuchen möglich war.
Recyclebare Holzhäuser
Die Idee: Ein Haus aus Holzfasern und Bioharzen, hergestellt im 3-D-Drucker und angeblich vollständig recycelbar, dennoch aber vollwertig als Wohnhaus zu benutzen. Das ist BioHome3D, entwickelt an der University of Maine. Es könnte die Lösung vieler Probleme sein: Weil man es einfach herstellen kann, weil es nur einen sehr geringen CO2-Ausstoß verursacht und man es wieder abbauen und recyceln könnte, als wäre nichts gewesen. Schuttberge jedenfalls entstünden nicht.
So funktioniert es: Der Prototyp des BioHome3D steht in Maine und sieht aus wie ein etwas zu ambitioniertes Kleingartenhäuschen. Aber: So sehen US-amerikanische Häuser halt manchmal aus. Entscheidend ist: Man kann ein Gemisch aus Holzfasern – nachwachsender Rohstoff! – und Bio-Harzen – auch nachwachsend – herstellen, es in einen Drucker füllen, und dann kommt dieses Haus mit einer Grundfläche von 56 Quadratmetern heraus. Der weltweit größte Polymer-3-D-Drucker hat das bewerkstelligt. Das Haus wurde in vier Modulen gedruckt, das dauert nur zwei Stunden, dann wurden die Teile in wenigen Stunden zusammengebaut. Außenwände, Innenwände und das Dach. Klingt nach sehr wenigen Arbeitsschritten und vor allem wenigen Arbeitskräften, abgesehen von den Klempnern und Malern und Elektrikern, deren Arbeit noch nicht aus dem Drucker kam.
Das Potenzial: Würde man so ein Haus in Serie herstellen, könnten schnell viele Häuser gedruckt werden und die Wohnungsnot lindern helfen. Man müsste sich dabei keine Gedanken um den übermäßig hohen Energieeinsatz machen, für den Neubauten berüchtigt sind, vor allem, wenn sie aus Beton sind.
Hier ist das Baumaterial ein nachwachsender Rohstoff, der auch noch CO2 speichert.
Doch noch gibt es einiges zu klären. Der Prototyp des BioHome3D ist mit allerlei Sensoren ausgestattet, die es in jeder Phase auf jede Faser prüfen sollen. Die Winter etwa bereiten Sorge, sie können in Maine eiskalt, schneereich und windig sein. Kommt BioHome3D da unbeschadet durch und bleibt es drin schön warm, dann könnte aus dem Prototyp ein Haus werden.
Biegsame Solarzellen
Die Idee: Überall auf der Welt werden für die Energiewende Solarzellen gebraucht. Deswegen versuchen Forscher, die Panels dezentral herzustellen, zum Beispiel mittels Druckverfahren. Die so hergestellten Solarpanels sind dünn, flexibel und leicht, deswegen können sie an viel mehr Orten angebracht werden als klassisch hergestellte Zellen.
So funktioniert es: Forschern der Universität Swansea in Wales ist es nun gelungen, Solarzellen aus einem 3-D-Drucker zu fabrizieren. Dazu mussten sie die richtige Mischung des Lösungsmittels finden, das als Film trocknet, ohne die darunterliegende Schicht aufzulösen. Entstanden ist ein 20 Meter langer Solarzellen-Film. Das Besondere an diesen Kraftwerken: Anders als bei herkömmlichen Solarzellen nutzen sie kein Silizium zur Ernte der Sonnenenergie, sondern die sogenannte Perowskit-Technologie. Perowskit ist ein relativ häufiges Mineral aus der Mineralklasse der Oxide und Hydroxide, es kann in flüssiger Form auf Oberflächen gestrichen, gedruckt oder sogar aufgesprüht werden.
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Allerdings: Der Wirkungsgrad dieser Zellen ist bislang noch schlechter als der von denen, die auf klassische Weise hergestellt werden: Nur 10,8 Prozent der Sonnenenergie, die auf die Zellen fällt, kann auch tatsächlich in Strom umgewandelt werden. Das ist nicht einmal halb so viel, wie moderne Siliziumzellen schaffen. Außerdem sind die organischen Solarzellen noch nicht so langlebig wie die Siliziumzellen, die rund 30 Jahre halten. Sie haben momentan eine Lebensdauer von maximal zehn Jahren.
Das Potenzial: Dennoch ist die Technologie vielversprechend. Denn um die neuen Solarzellen herzustellen, braucht man viel weniger Energie als bei den klassischen Verfahren. Außerdem können die Zellen so konstruiert werden, dass sie nur die Sonnenenergie umwandeln, die nicht sichtbar ist, und den Rest durchlassen. Solche transparenten, lichtdurchlässigen Zellen können sogar auf Fenster geklebt werden.
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