Elektronische Textilien, die sich selber desinfizieren können, daran arbeitet die Fachgruppe Analytische Technologien unter Chahan Yeretzian. Der anvisierte Stoff ist dreilagig: eine Membran zwischen zwei leitenden Schichten. Legt man eine elektrische Spannung darin an, so werden Ozon und andere Sauerstoffradikale freigesetzt, die Viren und Bakterien töten. So lässt sich die Oberfläche des Textils auf Knopfdruck sterilisieren, und zwar viel gründlicher als mit gängigen Desinfektionsmitteln. Der erzeugte Strom und auch die Ozonmenge sind dabei so klein, dass sie für Menschen ungefährlich sind. Die Idee stammt von der Firma Osmotex aus Thalwil. Diese Firma hat auch die zugrundeliegende Technologie entwickelt: 2018 brachte sie elektronische Textilien auf den Markt, die Schweiss effizient nach aussen transportieren – was ideal ist für Sportjacken. Schon hierfür gab es eine Zusammenarbeit mit der ZHAW. «Lustigerweise war es damals unsere Aufgabe, die Bildung von flüchtigen Stoffen wie Ozon zu reduzieren», sagt Chahan Yeretzian. «Im Corona-Zeitalter ist es umgekehrt: Nun prüfen wir, wie sich die Bildung von Ozon optimieren und dosieren lässt.» Eine Vorstudie, gefördert von der Innosuisse , läuft bereits, der Antrag für ein grösseres Projekt ist eingereicht. Wird es bewilligt, wollen die Forscher schon Ende Jahr erste Produkte präsentieren: Gesichtsmasken etwa oder eine kleine Tasche für unterwegs, in der man sein Handy oder Münz desinfizieren kann. Trond Heldal, der Forschungsleiter von Osmotex, hat aber noch viel mehr Ideen: «Schutzanzüge für das Gesundheitspersonal zum Beispiel. Sinnvoll wäre der Einsatz von selbstreinigenden Textilien, aber auch für Sitzbezüge im öffentlichen Verkehr – und ganz generell für Oberflächen, die oft berührt werden.» Unterstützt werden die Forscher von den ZHAW-Fachgruppen Mikrobiologie und Molekularbiologie von Martin Sievers sowie Funktionelle Materialien und Nanotechnologie von Christian Adlhart . Adlhart leitet überdies ein weiteres Innosuisse-Projekt: die Entwicklung einer neuen Generation von Atemschutzfiltern. «Im Antrag von 2019 sprachen wir explizit von Pandemieschutz – wir dachten dabei aber an Ebola», sagt Adlhart. Selbstverständlich werde der neue Filter aber auch gegen Coronaviren wirken. Entsprechend hatten die Wissenschaftler auch eine Sondergenehmigung erhalten, sodass sie während des Lockdowns weiterforschen durften. Der neue Filter entsteht in Zusammenarbeit mit der TB-Safety in Frick. Die Firma ist eine führende Anbieterin von Ganzkörper-Schutzanzügen, wie sie etwa Ärzte in Krisensituationen tragen. Im Projekt geht es um Filter, die in die Rückseite des Anzugs integriert werden, zusammen mit einem Gebläse, das permanent frische Luft hineinbringt. «Das Grundproblem von Filtern ist: Je kleiner die Löcher, desto besser zwar die Filtrierleistung – aber desto grösser auch der Widerstand für die Luft, die man durchpresst», sagt Adlhart. So wächst der Energiebedarf des Gebläses, die Batterie müsste riesig sein. Die Lösung: Nanofasern, die hundertmal dünner sind als menschliches Haar. Dank ihrer grossen Oberfläche filtern sie gut, lassen aber dennoch genügend Luft durch. Im aktuellen Projekt ordnen die Wädenswiler Forscher diese Fasern dreidimensional an, sodass eine schaumgummiartige, bis zu zwei Zentimeter dicke Schicht entsteht. Erste Tests zeigen, dass so gebaute Filter hervorragend funktionieren und sehr lange eingesetzt werden können. Derzeit arbeitet man daran, die Herstellung der Nanofaser-Struktur zu vereinfachen. Digitale Unterstützung kommt dabei von der ZHAW-Fachstelle Biomedizinische Simulation um Sven Hirsch . Bis Ende Jahr sollten die Prototypen des neuen Filters validiert und getestet sein. Mathias Plüss

Mit dem Pariser Klimaabkommen hat die Weltgemeinschaft beschlossen, die Erderwärmung auf deutlich unter zwei Grad zu begrenzen. Eines der grossen Hindernisse auf dem Weg zu diesem Ziel ist der Flugverkehr: Die Herstellung von klimafreundlichem Kerosin in ausreichenden Mengen liegt noch in weiter Ferne. «Und selbst wenn wir genügend CO 2 -freie Treibstoffe hätten, wäre das Problem nicht gelöst», sagt Thomas Sauter-Servaes , Mobilitätsforscher an der ZHAW School of Engineering in Winterthur. Denn Verbrennungsmotoren, egal womit sie betankt werden, emittieren Stickoxide sowie Wasserdampf und stossen Kleinstpartikel aus, die zur Kondensstreifenbildung beitragen. Sie alle wirken in grossen Höhen klimaerwärmend. «Nur den Sprit wechseln reicht also nicht.» Was tun? Es scheint klar, dass im Kurz- und Mittelstreckenverkehr künftig der Zug eine grössere Rolle spielen muss. Doch selbst mit Hochgeschwindigkeitszügen gerät man an eine Grenze, weil das lange Sitzen irgendwann unbequem wird. Hier kommt ein altes Verkehrsmittel wieder ins Spiel: der Nachtzug. «Die Idee ist, den Zug als rollendes Hotelzimmer zu nutzen und die Stunden, die wir ohnehin verschlafen, für den Nachtsprung», sagt Sauter-Servaes. Im Projekt TANA , das noch bis Mitte 2024 läuft, will er im Verbund mit österreichischen Kolleginnen und Kollegen herausfinden, welche Bedingungen erfüllt sein müssen, damit der Nachtzugverkehr aufblühen kann. Das Projekt wird im Rahmen des Programms «Mobilität der Zukunft» durch das österreichische Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie finanziert und von der Schieneninfrastruktur-Dienstleistungsgesellschaft inhaltlich begleitet. «Es hat sich herauskristallisiert, dass sich die Fahrgäste mehr Privatsphäre wünschen.» Thomas Sauter-Servaes, Mobilitätsforscher Das Konsortium geht die Frage breit an: Es berücksichtigt Netzkapazitäten und Wirtschaftlichkeit ebenso wie Kundenbedürfnisse. «Es hat sich herauskristallisiert, dass sich die Fahrgäste mehr Privatsphäre wünschen», sagt Sauter-Servaes. «Es ist nicht jedermanns Sache, mit lauter Fremden im gleichen Abteil zu schlafen.» Um etwa Geschäftsreisende zum Umsteigen zu motivieren, brauche es einen Qualitätssprung bei der Innenausstattung – mit Interieurs, die sich eher an Boutique-Hostels orientieren als am klassischen Liegewagen. Die Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB), die im Sommer neue Nachtzüge mit modernen Schlafkapseln in Betrieb setzen, seien da auf dem richtigen Weg. Doch damit ist es noch nicht getan. Das grössere Problem ist die Wirtschaftlichkeit. Die geringe Belegungsdichte, der hohe Personalaufwand und die Tatsache, dass sie tagsüber unproduktiv herumstehen, sorgen dafür, dass Nachtzüge im Vergleich zu normalen Zügen teuer sind. Das österreichische Konsortium sucht daher nach Wegen, wie sich Nachtzüge auch am Tag nutzen liessen. Dann könnte etwa ein- und derselbe Zug tagsüber in sechs Stunden von Zürich via Paris nach London fahren – und in der Nacht, Paris grossräumig umfahrend, in acht oder zehn Stunden wieder zurück. Wie könnte so ein Zug aussehen? Eine Möglichkeit sind Grossraumwagen mit Sitzen, die sich mit ein paar Handgriffen in ein Bett verwandeln lassen. Weil die Abstände zwischen den Sitzen relativ gross wären, böten solche Waggons den Komfort der Business Class im Flugzeug. Ob es zwischen diesen Sitzen auch Wände bräuchte, ist ein offene Frage. «Schalldichte Wände erfordern eine gewisse Dicke, und das kostet wiederum Platz – so sinkt die Wirtschaftlichkeit», sagt Thomas Sauter-Servaes. Die Forschenden sind hier noch in der Sondierungsphase, auch andere Lösungsansätze sind denkbar. Doch es braucht noch mehr. «Allein mit Veränderungen bei den Zügen werden wir die Wende nicht schaffen», sagt Sauter-Servaes. «Es braucht nicht nur Pull-, sondern auch Push-Faktoren.» Die Züge müssen also attraktiver, die Flugzeuge aber gleichzeitig unattraktiver werden. Etwa indem man die Umweltkosten in die heute viel zu billigen Flugtickets einpreist. Gleichzeitig wäre zu überlegen, wie sich die Fahrtkosten für Züge vergünstigen liessen. Kilometerabhängige Trassengebühren haben heute zur Folge, dass sich Zugfahrten mit zunehmender Distanz viel stärker verteuern als Flüge und Autofahrten. Hier wären politische Massnahmen gefragt. Würden die Trassengebühren gesenkt, so wären auch Hochgeschwindigkeits-Nachtzüge mit einer Reichweite von bis zu zweitausend Kilometern denkbar. Damit würde die Bahn auch im Mittelstreckenbereich konkurrenzfähig. Die Herausforderung ist gross, und es wird viele Ansätze und Massnahmen brauchen, um sie zu schaffen. Allzu viel Zeit haben wir nicht mehr. «Wenn wir wirklich bis 2040 eine Alternative zum Luftverkehr haben wollen, dann müssen wir jetzt die richtigen Strategien entwerfen und beginnen, das Wagenmaterial zu bestellen», sagt Thomas Sauter-Servaes. «Sonst sind wir nicht rechtzeitig parat.» Mathias Plüss

Eine Alltagsbeobachtung: Kommt Salz mit Luft in Berührung, so wird es feucht. An der Oberfläche der Salzkörner bildet sich eine Lösung aus Wasser, das der Luft entzogen wurde, und Salz. Bei diesem Prozess wird Wärme frei, denn das Wasser gerät durch den Einbau des Salzes in seine Struktur in einen stabileren Zustand. Darum kann man Salz auch benutzen, um im Winter das Eis auf den Strassen aufzutauen. Umgekehrt muss man aber Energie zuführen, wenn man das Wasser wieder vom Salz trennen will. Deshalb liegt etwa der Siedepunkt von Salzwasser höher als jener von Süsswasser. «Der grosse Vorteil dieses Ansatzes ist, dass sich die Wärmeerzeugung und -nutzung zeitlich und örtlich trennen lassen.» Thomas Bergmann, Leiter der Fachgruppe Thermische Speicher Aus diesen Beobachtungen lässt sich die Grundidee ableiten, die hinter einer neuartigen, raffinierten Form der Wärmeversorgung steckt, wie sie Thomas Bergmann vorschwebt, dem Leiter der Fachgruppe Thermische Speicher an der ZHAW School of Engineering. Es braucht dazu nicht mehr als eine beliebige Wärmequelle und eine Salzlösung. Die Wärme wird genutzt, um Wasser zu verdampfen, sodass der Salzgehalt der Lösung steigt. In der konzentrierten Salzlösung steckt nun Energie oder, genauer gesagt, chemisches Potenzial, mit dem sich wieder Wärme erzeugen lässt. Und zwar, indem man der Lösung neues Wasser zuführt, sie also verdünnt. «Der grosse Vorteil dieses Ansatzes ist, dass sich die Wärmeerzeugung und -nutzung zeitlich und örtlich trennen lassen», sagt Thomas Bergmann. Statt Wärme zu transportieren, was stets mit Verlusten verbunden ist, genügt es hier, die Salzlösung an den Ort des Verbrauchs zu leiten. Diese kann praktisch verlustfrei transportiert und gespeichert werden – in einem thermochemischen Netz müssen daher, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Fernwärmenetz, keine Leitungen und Tanks isoliert werden. «Der Transportaufwand reduziert sich um etwa den Faktor hundert», sagt Bergmann. Dass der Ansatz prinzipiell funktioniert, hat Bergmanns Team mit einer Demonstrationsanlage im Rahmen des EU-Forschungsprojekts H-DisNet bewiesen. Beheizt wird in diesem Fall das Gewächshaus einer Gärtnerei. Dazu saugt man Innenluft an und lässt sie durch die Salzlösung strömen. Die Lösung entzieht der Luft Wasserdampf, gibt Energie ab und erwärmt so den Luftstrom. Statt aber das ganze Gewächshaus zu beheizen, wird die nunmehr warme Luft gezielt zu den Pflanzentischen geleitet, was Energie spart. Der Gesamtenergieverbrauch des Betriebs lässt sich auf diese Weise halbieren. Das Gewächshaus-Projekt bekam 2020 die Auszeichnung «Watt d’Or» des Bundesamts für Energie (BFE). In einem BFE-Folgeprojekt wird die Anlage nun automatisiert. Läuft sie stabil, ist geplant, sie durch Leitungen mit einem nahen Gewerbegebiet zu verbinden. Dorthin soll jeweils die ausgedünnte Salzlösung fliessen und durch Abwärme oder Solarthermie regeneriert werden. Die konzentrierte Lösung fliesst dann wieder zurück in die Gärtnerei. «Auch das Pflanzenwachstum verbessert sich und der Schädlingsbefall geht zurück.» Thomas Bergmann, Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering Die neue Methode hat noch weitere Vorteile: «In Zusammenarbeit mit dem Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen in Wädenswil konnten wir zeigen, dass sich auch das Pflanzenwachstum verbessert und der Schädlingsbefall zurückgeht», sagt Bergmann. Weil sich die Luft beim Durchströmen der Salzlösung nicht nur erwärmt, sondern auch austrocknet, kann man dasselbe Prinzip auch zum Trocknen von Kräutern verwenden – ein weiteres Projekt von Bergmann. «Die Temperatur lässt sich genauer einstellen als mit herkömmlichen Trocknern. Dadurch erreicht man Energieeinsparungen und eine bessere Qualität der Endprodukte.» Auch dies ist aber nur ein Puzzleteil eines neuen Energieversorgungssystems, das Thomas Bergmann anstrebt. «Die Wärme zum Heizen und Trocknen macht etwa vierzig Prozent des Schweizer Energiebedarfs aus», sagt er. Diesen Bereich zu elektrifizieren, wie es derzeit mit Wärmepumpen geschieht, hält er für keine gute Idee: «Dabei verwandelt man hochwertige Energie, nämlich Strom, in niedrigwertige Energie, eben Wärme, was mit Aufwand und Verlusten verbunden ist.» Hätten wir zum Heizen ein thermochemisches Netz, so könnte man den wertvollen Strom für andere Anwendungen benutzen. Gleichzeitig würde das Problem der Winterenergielücke gelöst, denn Sommerwärme liesse sich in Salzlösungen speichern und im Winter zum Heizen verwenden. So überzeugend das alles klingt: Im Moment befindet man sich im Pionierstadium. Während Wärmepumpen gerade zu Zehntausenden verbaut werden, ist Bergmanns Ansatz noch weitgehend unbekannt. «Die Anwendungen funktionieren, das haben wir gezeigt», sagt er. «Ich sehe es jetzt als unsere Hauptaufgabe, das System ins Gespräch zu bringen.» Es braucht Industriepartner, Businessmodelle, auch neue Ausbildungen für Ingenieure, welche die Anlagen dereinst installieren sollen. An all diesen Aspekten arbeitet Bergmann. Aber der Weg bis zur grossflächigen Umsetzung ist noch weit. Mathias Plüss

Über der bisher sehr stabilen Schweizer Stromversorgung ziehen dunkle Wolken auf. Der Bund rechnet damit, dass es bereits 2025 gegen Ende des Winters für einige Stunden zu einer Stromknappheit kommen könnte. Gründe dafür gibt es mehrere: Erstens kommt es durch die Energiewende zu grösseren Schwankungen in der Stromproduktion als früher. Zweitens ist die Versorgung mit Gas, aus dem manche Länder einen bedeutenden Teil ihres Stroms gewinnen, seit dem russischen Überfall auf die Ukraine keine Selbstverständlichkeit mehr. Drittens hat die EU eine neue Regel eingeführt, wonach siebzig Prozent der Kapazität der Stromleitungen für den EU-Binnenmarkt reserviert sind. Da die Schweiz beim Strom nicht Mitglied dieses Binnenmarkts ist, könnte das zum Problem werden: Womöglich werden künftig Stromimporte aus der EU zeitweise beschränkt. Zur Sicherung der Stromversorgung hat der Bundesrat deshalb vorgeschlagen, eine Wasserkraftreserve zu schaffen: Gegen Entgelt sollen einzelne Betreiber von Speicherkraftwerken bis in den Frühling eine gewisse Mindestmenge an Wasser in ihren Stauseen belassen, mit der sich eine Mangellage überbrücken liesse. Normalerweise sind die Seen von Mitte März bis Mitte April ziemlich leer, bevor sie sich mit der beginnenden Schneeschmelze wieder zu füllen beginnen. Ob es diese Wasserkraftreserve wirklich braucht, ist unter Fachleuten umstritten. Beat Goldstein, Spezialist für Energiepolitik beim Bundesamt für Energie , hält sie für sinnvoll: «Die Reserve ist eine Versicherung für den Notfall», sagt er. «Wenn wir wegen der EU-Regel massiv weniger importieren können, ist ein Strommangel kein unrealistisches Szenario.» Dies könnte etwa geschehen, wenn Wind- und Solarkraft gleichzeitig wenig Energie liefern und die EU den Strom vornehmlich selber braucht. «Im Frühling, wenn unsere Stauseen leerlaufen, ist in der EU schon wieder viel Solarenergie verfügbar, und der Stromverbrauch ist geringer als im Winter.» Ingmar Schlecht, Zentrum für Energie und Umwelt an der ZHAW Ingmar Schlecht vom Zentrum für Energie und Umwelt an der School of Management and Law hat sich im Rahmen einer Studie mit Kollegen von der Universität Basel und ETH Zürich detailliert mit der Frage auseinandergesetzt. Er sieht die Lage optimistischer: «Wir konnten im Rahmen unserer Modellierungen kein realistisches Szenario kreieren, wo die Wasserkraftreserve wirklich geholfen hätte», sagt er. Dies liege zum einen daran, dass Mangellagen in der Schweiz und in der EU nicht zur selben Zeit aufträten: «Im Frühling, wenn unsere Stauseen leerlaufen, ist in der EU schon wieder viel Solarenergie verfügbar, und der Stromverbrauch ist wegen der höheren Temperaturen geringer als im Winter.» Zum anderen sei die Schweiz dank ihrer Pumpspeicherwerke flexibel: «Selbst an kritischen Tagen gibt es Stunden, in denen der Verbrauch in den Nachbarländern nicht ganz so hoch ist. Diese können wir nutzen und mit Stromimporten die Stauseen füllen.» Erst wenn ein Importstopp länger dauere, etwa einen ganzen Tag oder mehrere Tage, käme die Wasserkraftreserve zum Tragen. In seiner Studie hat Ingmar Schlecht berechnet, worauf es dabei ankäme: «Wichtig ist, dass die Reserve über mehrere Seen verteilt ist, damit eine gewisse Mindestleistung bei der Stromproduktion garantiert ist.» Weiter würde er eher eine kleine Wasserkraftreserve empfehlen, also etwa zur Überbrückung eines Importstopps von maximal 24 Stunden, dann sei das Kosten-Nutzen-Verhältnis am besten. «Der grosse Vorteil einer Wasserkraftreserve ist die schnelle Umsetzbarkeit.» Beat Goldstein, Bundesamt für Energie Grundsätzlich glaubt Schlecht aber nicht, dass es je zu derart langen Importstopps kommt: «Die Schweiz hat einen Trumpf in der Hand: Dank unserer vielen Stauseen können wir in Momenten hohen Verbrauchs viel Strom exportieren.» Um diese Spitzenlast-Energie sei etwa Frankreich sehr froh, das mit seinen vielen Kernkraftwerken viel weniger flexibel ist als die Schweiz. Die EU habe darum kein Interesse, die Schweiz mit Lieferstopps zu piesacken. «Trotzdem ist eine Reserve für den Notfall sinnvoll», sagt Schlecht. Er würde diese aber eher nachfrageseitig anlegen: «Man könnte etwa von Industriebetrieben Angebote einholen, in Stunden der Knappheit gegen Entgelt auf einen Teil der Strombezüge zu verzichten.» Das hält auch Beat Goldstein vom Bundesamt für Energie für eine gute Idee – er findet jedoch, man solle die verschiedenen Instrumente nicht gegeneinander ausspielen: «Ich würde das eine tun und das andere nicht lassen», sagt er. «Massnahmen auf der Nachfrageseite sind in einem Gesetzesentwurf vorgesehen, der im Moment im Parlament ist. Das dauert aber noch ein wenig.» Darum brauche es auch die Wasserkraftreserve, denn deren grosser Vorteil sei die schnelle Umsetzbarkeit: Die entsprechende Verordnung soll schon diesen Herbst in Kraft treten. Mathias Plüss

Fast die ganze ZHAW befindet sich im Home-Office. «Wir erhalten nur einen Minimalbetrieb aufrecht», sagt Christian Hinderling , Leiter des Instituts für Chemie und Biotechnologie in Wädenswil. «Wer momentan in den Labors arbeiten will, muss eine Ausnahmegenehmigung beantragen.» Das Regime ist streng: Eine Bewilligung gibt es nur für wichtige Wartungs- und Unterhaltsarbeiten, für dringende Projekte, für lange Versuchsserien, die man nicht einfach unterbrechen kann – sowie für Forschung, die mit dem neuen Coronavirus zu tun hat. Davon gibt es am Institut ziemlich viel. So sind insgesamt drei Forschungsteams an der Impfstoff- und Medikamentenentwicklung gegen Covid-19 beteiligt. Die Fachstelle Bioverfahrens- und Zellkulturtechnik um Regine und Dieter Eibl engagiert sich im Impfstoff-Projekt des Immunologen Martin Bachmann vom Inselspital Bern. Das Forscherpaar wurde um Unterstützung angefragt, weil es über ein sehr gut ausgerüstetes Labor und über zwanzig Jahre Erfahrung in der Entwicklung biotechnologischer Produktionsprozesse verfügt. «Als die Anfrage aus Bern kam, hielten wir Rücksprache mit Mitgliedern unserer Gruppe – vorwiegend junge Leute», sagt Regine Eibl . «Die waren alle hochbegeistert und wären am liebsten gleich ins Labor gestürzt, um loszulegen.» «Die Teams arbeiten Tag und Nacht – zeitlich versetzt, damit sich die Leute aus dem Weg gehen können.» Regine Eibl Entsprechend herrscht nun Hochbetrieb. «Wir sind Druck gewohnt», sagt Regine Eibl. «Diesmal ist er noch etwas grösser, weil wir unbedingt erfolgreich sein möchten und weil der Zeitraum nochmals kürzer ist als sonst. Aber es ist ein positiver Stress.» Gearbeitet wird Tag und Nacht – zeitlich versetzt, damit sich die Leute aus dem Weg gehen können. Dabei hilft auch, dass dank dem weitgehenden Forschungsstopp nun mehrere Labore zur Verfügung stehen. Der Beitrag der ZHAW-Forschungsgruppe ist zentral für das Projekt: Sie ist für das sogenannte Scale-up verantwortlich. Das heisst, sie muss Bedingungen finden, unter denen sich die virusartigen Partikel für den Impfstoff im Bioreaktor möglichst rasch und in grossen Mengen herstellen lassen. Dabei kommt es auf Parameter wie die Temperatur, die Belüftung oder auch den Rührprozess an. In Mikro-Bioreaktoren kann eine Vielzahl von Kombinationen dieser Parameter gleichzeitig geprüft werden. Die vielversprechendsten Kombinationen testen die Forschenden darauf in kleinen und schliesslich in grossen Bioreaktoren mit 30 Litern Arbeitsvolumen. Wenn es mit diesen Mengen klappt, sind die Voraussetzungen für eine grossmassstäbliche Herstellung erfüllt. Schon im Juli sollen die Arbeiten in Wädenswil abgeschlossen sein. Und bereits im Herbst will der Projektleiter Martin Bachmann mit Impfen beginnen. «Das ist sehr ambitioniert», sagt Regine Eibl. «Ich könnte mir vorstellen, dass wir vielleicht bis Ende Jahr so weit sind. Aber auch dies würde eine verkürzte Zulassung erfordern.» Noch ein zweites ZHAW-Team ist am Berner Impfstoff-Projekt beteiligt: die Fachstelle Mikrobiologie und Molekularbiologie unter der Leitung von Martin Sievers. Seine Aufgabe ist es, den Stamm jener Mikroben zu optimieren, die den Impfstoff produzieren. Und zwar so, dass der Stoff in hochreiner Form und unter konstanten Bedingungen hergestellt werden kann. Überdies ist Martin Sievers mit seinen Leuten noch an einem ganz anderen Projekt beteiligt: an der Entwicklung eines Medikamentes gegen Covid-19. Der Initiator hierfür ist Rainer Riedl , Leiter der Fachstelle für Pharmazeutische Wirkstoffforschung und Arzneimittelentwicklung . Es handelt sich um ein Projekt im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «Covid-19» des Schweizerischen Nationalfonds . «Es war sehr speziell, diesen Antrag zu schreiben», sagt Rainer Riedl. «Normalerweise arbeiten wir nicht an Problemen mit einer so aktuellen Dringlichkeit.» Die Forschungsgruppen um Riedl und Sievers bilden ein eingespieltes Team – beide haben viel Erfahrung mit ähnlichen Projekten der pharmazeutischen Wirkstoffforschung. Ihre Motivation, sich mit ihrem ganzen Know-how nun der Covid-19-Krankheit anzunehmen, ist mit Händen greifbar. Es sei «toll, wenn wir einen Beitrag zur Lösung eines so aktuellen Gesundheitsproblems leisten können», sagt Martin Sievers. Die Zusage des Nationalfonds für das Projekt steht allerdings noch aus. Der Ansatz der beiden Forscher ist es, das Andocken des Virus an die menschliche Zelle zu unterbinden. Bei diesem Andockprozess sind beidseits Proteine beteiligt. Auf menschlicher Seite ist innerhalb des entsprechenden Proteins eine Helix von besonderem Interesse: An dieses spiralförmige Gebilde bindet sich das Virus, um in die Zelle einzudringen (siehe Illustration). Rainer Riedls Idee ist es, eine leicht modifizierte Form der Helix herzustellen, die eine noch engere Bindung mit dem Virus einzugehen vermag als das Original. Sie bildet die Basis für ein künftiges Medikament. Denn das Virus wird die veränderte Helix bevorzugen und darum weniger Zellen infizieren. «Der gewählte Ansatz hat gleich zwei Vorteile: Erstens sind die Wirkstoffe sehr spezifisch, so dass es nicht zu Nebenwirkungen kommen sollte ...» Rainer Riedl «Der gewählte Ansatz hat gleich zwei Vorteile», sagt Rainer Riedl. «Erstens sind die Wirkstoffe sehr spezifisch» – darum sollte es, anders als bei manchen anderen Medikamenten-Kandidaten, nicht zu Nebenwirkungen kommen. «Zweitens müssen wir uns nicht vor Mutationen fürchten», ergänzt Martin Sievers. Mutationen des Coronavirus können die Interaktion mit der menschlichen Zelle abschwächen oder verstärken. Das Virus wird dann harmloser oder aggressiver. Unabhängig von diesen Veränderungen blockiert der zu entwickelnde Wirkstoff den Zutritt des Virus zu den menschlichen Zellen. Das geplante Medikament dürfte also auch bei künftigen Pandemien mit womöglich mutierten Coronaviren wirksam bleiben. «... Zweitens müssen wir uns nicht vor Mutationen fürchten.» Martin Sievers Der Zeithorizont ist bei einem Medikament ein ganz anderer als bei einer Impfung. «Bis in zwei Jahren wissen wir, ob unser Ansatz prinzipiell funktioniert», sagt Rainer Riedl. Dann folgen die präklinischen und klinischen Studien, die nicht von einer Hochschule, sondern von der Pharmaindustrie durchgeführt werden. Für die Entwicklung eines neuen Medikaments bis zur Zulassung rechnet man im Normalfall mit rund zehn Jahren. Trotzdem ist so ein neuartiges Covid-19-Mittel ein sinnvolles Ziel, denn allein mit einer Impfung lässt sich eine Krankheit oft nicht ausrotten, wie das Beispiel der Masern zeigt. «Es ist schön, dass wir in so vielen Sparten zur Eindämmung von Covid-19 beitragen können.» Christian Hinderling Ob auf kurze oder lange Frist: «Es ist schön, dass wir in so vielen Sparten zur Eindämmung von Covid-19 beitragen können», sagt Institutsleiter Christian Hinderling. Im Bereich Chemie und Biotechnologie besteht ein Fachkräftemangel, und er hofft, dass solche Beispiele junge Leute auf die Chancen und Möglichkeiten eines entsprechenden Studiums aufmerksam machen. «Es zeigt sich, wie wichtig unsere Fächer bei der Lösung der grossen Probleme unserer Zeit sind – sei es in der Energieversorgung, beim Klima oder eben im Gesundheitsbereich.» Mathias Plüss

Man stelle sich vor: Ein Terrorist zündet am Zürcher Hauptbahnhof eine Bombe. In den Sprengstoff hat er eine Ampulle mit hoher Konzentration an radioaktivem Cäsium-137 eingebettet. Durch die Wucht der Explosion wird das Cäsium verdampft und mit dem Wind in den angrenzenden Quartieren verteilt. Man spricht von einer «schmutzigen Bombe» («dirty bomb»): Das radioaktive Material ist an der eigentlichen Explosion nicht beteiligt, führt aber auf ein paar Quadratkilometern Fläche zu einer Verstrahlung. Diese ist allerdings viel geringer als bei einer echten Atombombe oder einem schweren AKW-Unfall. «Die Schweiz ist für solche Fälle gut vorbereitet», sagt Mario Burger, der als Chef des Fachbereichs Nuklearchemie am Labor Spiez arbeitet, das zum Bundesamt für Bevölkerungsschutz gehört. «Vorbereitet» bedeutet: Man hat Szenarien studiert und Pläne erarbeitet zum Vorgehen nach einer allfälligen Explosion einer schmutzigen Bombe. «Sobald Radioaktivität im Spiel ist, ist der Bund zuständig», sagt Burger. Die Bundesexperten würden Messungen vor Ort durchführen und anhand der Strahlungsintensität Zonen definieren, die gesperrt oder gar evakuiert werden müssten. Nach allen realistischen Szenarien wird dabei die radioaktive Strahlung nicht so hoch sein, dass sie bei den betroffenen Menschen unmittelbare gesundheitliche Schäden verursachen könnte, ausser in der Kernzone der Explosion. «Wichtig ist es, zuhause zu bleiben und die Fenster zu schliessen, das reduziert die Strahlung schon enorm», sagt Burger. Wer dennoch in intensiveren Kontakt mit dem Cäsium gekommen ist, etwa Feuerwehrleute, sollte gründlich duschen und die Kleider wechseln: «So bringt man den allergrössten Teil der Strahlenbelastung weg.» Doch selbst wenn alle richtig reagierten, blieben je nach Cäsium-Menge vermutlich ganze Quartiere derart verstrahlt, dass sie wegen des Krebsrisikos auf Jahre hinaus nicht mehr bewohnbar wären. Erstaunlicherweise hat sich die Forschung bisher noch kaum vertieft mit der Frage auseinandergesetzt, wie man Häuser und Strassen effizient und gründlich von Radioaktivität befreien kann. Privatfirmen bieten teure Spezialreinigungsmittel an, deren Wirkung aber niemand unabhängig überprüft hat. In Japan hat man nach dem Reaktorunfall von Fukushima 2011 für Dutzende von Milliarden Dollar Fassaden gereinigt und Erde abgetragen – mit letztlich enttäuschendem Ergebnis. «Auch in der Schweiz würde der auf diese Weise realisierbare Grad der Dekontamination wohl nicht ausreichen, da würde niemand in die Häuser zurückkehren», sagt Mario Burger. Einer der wenigen wirklichen Experten für die Dekontamination von Gebäuden ist der ZHAW-Chemiker Thomas Hofmann vom Departement Life Sciences und Facility Management in Wädenswil. «Es gibt weltweit etwa fünf Wissenschaftler, die auf diesem Gebiet arbeiten», sagt er. «In der Schweiz bin ich der einzige.» Die anderen forschen an der Universität Hertfordshire (GB) und am Argonne National Laboratory (USA). «Wir pflegen einen intensiven Austausch und treffen uns regelmässig.» Im Auftrag des Bundesamts für Bevölkerungsschutz hat Hofmann in den letzten sechs Jahren nach einer effizienten Dekontaminationsmethode nach radiologischen Ereignissen in urbanem Gebiet geforscht. Das war mit einem enormen Aufwand verbunden: Hofmann hat in einem Forschungs-Sprengbunker der Schweizer Armee echte Bomben zur Explosion gebracht, er hat im Labor Spiez Cäsium auf verschiedene Oberflächen gesprüht und gemessen, wie tief die Radioaktivität ins Material eindringt und wie sie sich am besten entfernen lässt. Dabei interessierte er sich für Beton, aber auch für Sandstein, aus dem in Schweizer Städten viele historische Gebäude bestehen, etwa das Bundeshaus in Bern oder Teile des Zürcher Hauptbahnhofs. Es gibt Überlegungen, wonach eine schmutzige Bombe am ehesten an einem solch prominenten Ort gezündet würde. Die Resultate des Forschungsprojekts sind nicht eindeutig. Die gute Nachricht ist, dass das radioaktive Material auch über längere Zeit nicht tief in Sandstein eindringt. Das bedeutet, dass die Zeit kein zentraler Faktor für erfolgreiches Dekontaminieren ist. «Das Cäsium bleibt nahe der Oberfläche und baut sich dort in die Gesteinsstruktur ein», sagt Hofmann. «Auch Regen kann ihm nicht viel anhaben.» Das ist ebenfalls erfreulich, denn so verbreitet sich die Radioaktivität nicht noch zusätzlich. Bei Beton sind die Resultate ähnlich. Die Kehrseite davon ist, und das ist die schlechte Nachricht, dass man das Cäsium kaum mehr wegbekommt. «Wir haben kein Wundermittel gefunden», sagt Hofmann. Er hat zahlreiche Spezialreinigungsmittel getestet, so auch Sprühgels, die man auf Fassaden anbringen, einwirken lassen und wieder abziehen kann. «Keines dieser Mittel reinigt besser als normales Leitungswasser», so Hofmann. Und: «Man kann damit maximal fünfzig Prozent der Radioaktivität entfernen.» Viel zu wenig, um ein Gebäude wieder ohne Einschränkungen benutzbar zu machen. Vorderhand besteht darum eine gewisse Ratlosigkeit. «Bei verstrahlten Bürogebäuden wäre es wohl die günstigste Variante, sie abzureissen», sagt Thomas Hofmann. «Mit der Berner Altstadt wird man das aber kaum tun wollen.» Bei historisch wertvollen Gebäude bliebe nur die Variante, die oberste Schicht Sandstein oder Beton abzuschleifen. Für ganze Quartiere wäre das äusserst aufwendig. Burger und Hofmann haben die Hoffnung auf ein effizientes Dekontaminationsmittel aber noch nicht aufgegeben. Sie sehen die Möglichkeit, in der internationalen Zusammenarbeit auf neue Ideen zu kommen und gegebenenfalls dereinst ein neues Projekt zu definieren. Aktuell ist zudem angedacht, das Problem der Kläranlagen mit einem Projekt anzupacken. Das Wasser der Feuerwehr, die ja bei ihrem Einsatz direkt nach der Bombenexplosion noch nicht weiss, dass sie es mit Radioaktivität zu tun hat, wird ungehindert in die Kanalisation fliessen. Auch Regenwasser oder Wasser aus der Dekontamination, falls nicht aufgefangen, bringt Radioaktivität in die Kläranlage. «Man müsste das radioaktiv verseuchte Wasser dort in Rückhaltebecken leiten und dekontaminieren», sagt Hofmann. Er hat schon vor Jahren einen Filter entwickelt, der sich dafür eignen könnte. Auch spezielle Mineralien kämen in Frage. Diese Ansätze würde er gerne mit der Unterstützung des Labors Spiez vorantreiben. Unabhängig von der Dekontaminierungsmethode sind die Kosten, die eine schmutzige Bombe verursachen kann, immens. Für das eingangs geschilderte Szenario an einem Bahnhof wie Zürich HB rechnen Experten des Bundes mit direkten Schäden in einer Grössenordnung von fünf Milliarden Franken. Das umfasst vor allem Beeinträchtigungen von Gebäuden und Infrastruktur. Noch grösser, nämlich etwa acht Milliarden Franken, wären die indirekten Verluste in der Wirtschaft. Hier spielen Verkehrsunterbrüche, Produktionsausfälle und ausbleibende Touristen die Hauptrolle. Weitere gravierende, aber nicht bezifferbare Folgen sind der Verlust des Vertrauens in die Behörden oder posttraumatische Belastungsstörungen bei Betroffenen und Einsatzkräften. Angesichts dieser gewaltigen Auswirkungen bei verhältnismässig geringem Aufwand stellt sich die Frage, warum weltweit noch nie eine schmutzige Bombe gezündet wurde. «Darüber haben wir lange diskutiert», sagt Mario Burger. «Wahrscheinlich liegt es vor allem an der Schwierigkeit, an radioaktives Material zu gelangen.» Zumindest in der westlichen Welt sind die Kontrollen rigide an Orten, wo es entsprechendes Material gibt, und der Schmuggel wird effizient unterbunden. Die zentrale Aufgabe der nationalen Sicherheitsbehörden ist es, den Zugang zu radioaktivem Material streng und möglichst lückenlos zu kontrollieren. In der Schweiz, versichert Burger, werde dies erfolgreich gemacht. Mathias Plüss

Potenzielle Wirkstoffe entdecken, ohne ein Labor zu betreten: Das tönt nach einem Zaubertrick. Aber es kann funktionieren. Manche Forscherinnen und Forscher stöbern im vorhandenen medizinischen Fachwissen nach ungehobenen Schätzen und werden nicht selten fündig. Man spricht von literaturbasierten Entdeckungen ( literature-based discovery ). Einer dieser Forschenden ist Manuel Gil von der Fachstelle Computational Genomics an der ZHAW Wädenswil. «In der medizinischen Literatur steckt viel implizites Wissen», sagt er. «Wir versuchen, es explizit zu machen, damit es für die Medizin fruchtbar wird.» Ein Pionier im Gebiet der literaturbasierten Entdeckungen war der amerikanische Informatiker Don Swanson. Zu Beginn der 1980er Jahre beschäftigte er sich beispielsweise mit dem Raynaud-Syndrom – einer häufigen Erkrankung, bei der die Betroffenen bei Kälte unangenehm taube, blasse Finger bekommen. Swanson fand in der Literatur Hinweise darauf, dass krampfartige Verengungen der Blutgefässe das Syndrom hervorrufen. Unabhängig davon stiess er auf eine Studie, wonach Fischöl solche Verengungen reduzieren kann. Aus diesen beiden Fakten schloss er, dass sich das Raynaud-Syndrom mit Fischöl bekämpfen lassen könnte. Natürlich musste diese Hypothese erst noch in klinischen Studien getestet werden. Aber am Ende bekam Swanson recht. Solche unbekannten Verbindungen gibt es im gewaltigen Fundus der medizinischen Literatur vermutlich noch viele. Aber wie findet man sie? Zu Beginn suchten die Wissenschaftler manuell oder mit einfachen Computerprogrammen nach übereinstimmenden Stichworten in unterschiedlichen Fachartikeln. Seither hat das Forschungsgebiet dank Automatisierungen so manchen Fortschritt erlebt. Nochmals einen ganz grossen Schritt nach vorne will jetzt Manuel Gil machen: Sein Ziel ist es, das frei zugängliche medizinische Fachwissen, das aus mehreren Millionen Papers besteht, mit Methoden der Künstlichen Intelligenz zu formalisieren und so den Boden für neue Entdeckungen zu legen. «Neuartig an unserem Projekt ist die schiere Datenmenge, die miteinbezogen wird.» Manuel Gil, Computational Genomics Zu diesem Zweck hat Gil ein interdisziplinäres Team aus Spezialistinnen und Spezialisten zusammengestellt, die aus Gebieten wie der Sprachanalyse, Phytopharmakologie und Informatik kommen. Das Projekt ist auf vier Jahre angelegt – finanziert werden soll es hauptsächlich vom Schweizerischen Nationalfonds, ein Gesuch ist eingereicht. «Neuartig an unserem Projekt ist die schiere Datenmenge, die miteinbezogen wird», sagt Manuel Gil. «Auch sind wir die Ersten, welche die medizinische Literatur im Volltext durchsuchen und nicht bloss die Abstracts.» Der Clou des Vorhabens liegt darin, dass Gils Team nicht nur nach übereinstimmenden Stichworten sucht, sondern den Inhalt der Papers herausdestilliert und formalisiert. Dabei entstehen sogenannte Triples aus Subjekt (S), Prädikat (P) und Objekt (O) – beispielsweise «Fischöl (S) reduziert (P) Gefässverengungen (O).» Ist das medizinische Wissen auf diese Weise aufbereitet, so können Anwender mittels Algorithmen in diesem Netz aus Tripeln nach unbekannten Zusammenhängen suchen. Die grösste Herausforderung besteht dabei in der automatisierten Erstellung der Triples. Dabei muss die natürliche in eine formale Sprache übersetzt werden. «Früher hat man das mit expliziten Übersetzungsregeln gemacht», sagt Gil. «Heute setzen wir auf maschinelles Lernen» – eine Methode aus der Künstlichen Intelligenz. Dabei trainiert man ein neuronales Netz mit Beispielen, sodass es imstande ist, die Übersetzungen selbstständig durchzuführen. Ganz den Maschinen überlassen kann man das Feld aber keinesfalls: Sowohl in der Forschungsphase als auch später in der Anwendung ist man weiterhin auf menschliche Expertinnen und Experten angewiesen, die die neuronalen Netze anleiten und ihre Vorschläge kritisch bewerten. Ein weiterer Pionier in der rechnergestützten Medizinforschung ist Krzysztof Kryszczuk , Leiter der Forschungsgruppe Predictive Analytics am Institut für Angewandte Simulation der ZHAW. Er hat mit seinem Team als Erster eine Methode entwickelt, mit der sich die Körperkerntemperatur, also die Temperatur im Innern des menschlichen Körpers, kontinuierlich und nichtinvasiv berechnen lässt. Das Bestimmen einer Temperatur hört sich zunächst einmal nicht sehr spektakulär an. Tatsächlich aber ist die Körpertemperatur der einzige der Vitalwerte (dazu gehören etwa auch Blutdruck, Puls und Atemfrequenz), der sich bisher bloss invasiv messen liess, nämlich durch das Schlucken einer Funkpille mit eingebautem Thermometer. Das Messen unter der Achselhöhle ist dafür kein Ersatz: «Das Problem dabei ist die Hautschicht, die zwischen Körper und Thermometer liegt», sagt Kryszczuk. «Sie ist Teil der Thermoregulation – über die Haut gibt der Körper je nach Bedarf mehr oder weniger Wärme an die Umgebung ab.» Wegen dieses Austauschs ist die Hauttemperatur nur ein sehr ungenaues Abbild der Temperatur im Körperinnern. «Das Problem dabei ist die Hautschicht, die zwischen Körper und Thermometer liegt.» Krzysztof Kryszczuk, Predictive Analytics Seit beinahe einem Jahrhundert haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vergeblich versucht, die Körperkerntemperatur aus der Hauttemperatur zu berechnen. Gelungen ist dies erstmals der Forschungsgruppe von Krzysztof Kryszczuk, im Verbund mit dem Inselspital Bern und dem ETH-Startup greenTEG als Industriepartner. Der Trick: Kryszczuk misst nicht nur die Hauttemperatur, sondern auch den Wärmefluss, also die Energiemenge, die der Körper über die Haut abgibt. Möglich machen dies hochpräzise Sensoren, die greenTEG entwickelt hat und am Standort Zürich produziert. Die Sensoren werden in ein Gerät eingebaut, das man wie einen Fitnesstracker am Handgelenk tragen kann. Die gesammelten Messdaten erlauben es nun, die Körperkerntemperatur zu berechnen. Allerdings ist der mathematische Zusammenhang alles andere als einfach. Um die Kerntemperatur zu bestimmen, verwendet Krzysztof Kryszczuk daher wie Manuel Gil die Methode des maschinellen Lernens. «In den meisten Fällen geht das mittlerweile gut, mit einer Abweichung von 0,3 Grad oder noch weniger», sagt Kryszczuk. «Es gibt aber auch Individuen, bei denen die Methode nicht gut funktioniert. Menschen sind eben sehr verschieden.» Man müsse noch mehr Daten sammeln, um auch für diese Ausnahmen zufriedenstellende Resultate liefern zu können. In einem neuen Projekt mit den gleichen Partnern, finanziert von der Innosuisse, geht Kryszczuk nun noch einen Schritt weiter: Seine Methode soll bei der Früherkennung von neurodegenerativen Krankheiten helfen. Es gibt Hinweise darauf, dass entsprechende Patienten oft Abweichungen beim zirkadianen Tag-und-Nacht-Rhythmus zeigen, die sich etwa in Schlafstörungen manifestieren. Weil auch die Körperkerntemperatur dem zirkadianen Rhythmus folgt, gibt es die Vermutung, dass sich ihr Verlauf zur Alzheimer- und Parkinson-Früherkennung nutzen liesse. Wie gesagt, das sind erst Vermutungen, und die Forschung muss sie noch bestätigen. Aber wenn es funktioniert, könnte eine künftige Nutzung der Methode etwa so aussehen: Ein Mensch trägt für ein paar Tage ein Armband mit Sensoren – aus den Messwerten wird kontinuierlich die Körperkerntemperatur berechnet. Ein Algorithmus vergleicht deren Verlauf mit gesammelten Daten von Kranken und Gesunden. Gleicht das Muster jenem von Alzheimer- oder Parkinson-Patienten, schlägt das System Alarm. «Es ist aber kein Diagnosetool», sagt Kryszczuk. «Man bekommt einfach die Aufforderung, eine medizinische Fachperson aufzusuchen.» Mathias Plüss

Rainer Riedl , der Leiter der ZHAW-Fachstelle für Pharmazeutische Wirkstoffforschung und Arzneimittelentwicklung , ist ein alter Hase in seinem Fachgebiet. Er hat schon so manchen Trend miterlebt, etwa den Einzug der Roboter ins Labor oder die Digitalisierung unter dem Schlagwort «Computational Chemistry». Dem aktuellen «Hype» um die Künstliche Intelligenz in der Medikamentenentwicklung steht er gelassen gegenüber. «Ich bin neutral und offen», sagt Riedl. «Ich prüfe das Neue kritisch, wie es sich für einen Wissenschaftler gehört. Wenn ich es für gut befinde, binde ich es in meine Arbeit ein.» Die Stärke der Maschinen liegt zweifellos in ihrem mühelosen Umgang mit grossen Datenmengen. «Es gibt in der Chemie etwa 10 40 Moleküle, die als Wirkstoffe in Frage kommen», sagt Riedl. «Da ist viel Platz für die Methoden der Künstlichen Intelligenz.» Mal eben hunderttausend Moleküle auf eine bestimmte Eigenschaft überprüfen: Was für einen Menschen langweilig und mühselig ist, erledigt ein geschickter Algorithmus im Handumdrehen. Die moderne Wirkstoffforschung geschieht heute im Zusammenspiel zwischen Menschen, Robotern und Computern. Wer nach einem geeigneten Wirkstoffkandidaten sucht, überprüft zuerst einmal ein paar hunderttausend bereits bekannte Moleküle auf eine Aktivität im gewünschten Bereich – Laborarbeit für den Roboter. Vielleicht findet man bei fünf Prozent der Moleküle eine gewisse Aktivität, bei den restlichen 95 Prozent keine. Nun sucht der Computer nach Mustern: Was ist jenen fünf Prozent gemein, was die restlichen 95 Prozent nicht haben? Das ist eine typische Aufgabe für maschinelles Lernen. Hat der Computer die entscheidenden Merkmale herausgearbeitet, schlägt er neue Moleküle vor, die noch besser wirken könnten. Diese Moleküle herzustellen, zu überprüfen und zu optimieren, ist dann grösstenteils Laborarbeit für den Menschen, wobei ihn auch hier Computer und Roboter unterstützen. «Wenn eine Maschine wirklich intelligent wäre, könnte sie einen neuen Wirkstoff von A bis Z selber entwickeln.» Rainer Riedl, Pharmazeutische Wirkstoffforschung und Arzneimittelentwicklung Den Ausdruck «Künstliche Intelligenz» betrachtet Riedl mit einer gewissen Skepsis: «Wenn eine Maschine wirklich intelligent wäre, könnte sie einen neuen Wirkstoff von A bis Z selber entwickeln», sagt er. «Davon sind wir weit entfernt. Derzeit sehe ich hier eher Inselbegabungen.» Nach jedem Schritt, den die Maschine tut, müsse ein Mensch darauf schauen, damit es nicht plötzlich in eine komplett falsche Richtung gehe. So komme es etwa vor, dass der Computer Moleküle vorschlage, die zwar theoretisch hochaktiv sein könnten, sich aber praktisch gar nicht synthetisieren lassen. «Die totale Automatisierung wird es meiner Ansicht nach so schnell nicht geben», sagt Riedl. «Wir haben es in der Pharmaforschung schon öfter erlebt, dass alle in die gleiche Richtung rennen. Das droht jetzt auch wieder, falls alle die gleichen Algorithmen benutzen.» Rainer Riedl, Pharmazeutische Wirkstoffforschung und Arzneimittelentwicklung Beispielsweise muss jeder Wirkstoffkandidat klinische Studien durchlaufen – diese lassen sich durch kein Computerprogramm vollständig simulieren. Immerhin darf man erwarten, dass Algorithmen künftig etwa Nebenwirkungen besser vorhersagen können, sodass sich schon vor der klinischen Phase eine bessere Auswahl treffen lässt. Mühe hat Riedl damit, wenn viele Forschungsgruppen auf ähnliche Methoden setzen. «Wir haben es in der Pharmaforschung schon öfter erlebt, dass alle in die gleiche Richtung rennen. Das droht jetzt auch wieder, falls alle die gleichen Algorithmen benutzen.» Es brauche Menschen, die immer wieder schauten, ob man nicht in eine Sackgasse hineinlaufe. Die vordefinierten Wege, die Computerprogramme notwendigerweise beschreiten, würden auch manche Quellen der Kreativität ausschalten, fürchtet Riedl. «Dinge wie der Zufall oder die Inspiration haben in der chemischen Forschung immer wieder eine wichtige Rolle gespielt.» August Kekulé etwa träumte die lang gesuchte Strukturformel von Benzol 1861 im Halbschlaf vor dem Kaminfeuer. «Einem Computer kann man nicht gut sagen, er solle mal ein wenig seine Fantasie schweifen lassen.» Einen letzten Bereich schliesslich würde Rainer Riedl keinesfalls der Künstlichen Intelligenz überlassen: die Auswahl der Krankheit, die bekämpft werden soll. «Ein Algorithmus wird vielleicht darauf kommen, nur noch jene Medikamente zu entwickeln, die möglichst grossen Profit versprechen.» Ethische Argumente wie jenes nach der Verhinderung von Leid kämen dann zu kurz. «Bei solchen entscheidenden Richtungsfragen sollten immer Menschen am Schalthebel sitzen.» Mathias Plüss

Ein sperriger Begriff: die Dezentralisierte Autonome Organisation, abgekürzt DAO. Aber man sollte ihn sich merken. Denn viele Fachleute sehen in der DAO die kommende Organisationsform unserer zunehmend durchdigitalisierten Welt. Am besten stellt man sich unter einer DAO zunächst eine Blockchain vor (siehe Kasten). Auf dieser Blockchain lassen sich Zahlungen mit einer Digitalwährung tätigen, aber noch viel mehr. Beispielsweise umfasst sie auch digitale, in Programmiersprache verfasste Abmachungen, sogenannte «Smart Contracts», die sich automatisch ausführen lassen, wenn die Voraussetzungen dafür erfüllt sind. Werden mehrere solcher Smart Contracts verbunden und dezentral durch ihre Teilhaber gesteuert, spricht man von einer DAO. Eine DAO ist also eine Art digitale Firma, die ohne Chefs, ohne Gremien, ohne Sitzungen auskommt. Das ganze Innenleben der Firma ist automatisiert. «Alle Prozesse werden dezentral abgewickelt», sagt Michael Lustenberger , Blockchain-Experte an der ZHAW School of Management and Law. «Im Gegensatz zu klassischen Firmen brauchen DAOs keine hierarchische Struktur mehr.» Nochmals anders gesagt: Blockchains erlauben Transaktionen ohne Vermittler. DAOs ermöglichen Unternehmertum ohne Führungskräfte. Das Gebiet ist jung und in Entwicklung – DAOs in Reinform existieren darum heute noch nicht. Aber es gibt «Blockchains mit DAO-Charakter», wie Florian Spychiger sagt, der ebenfalls an der ZHAW School of Management and Law forscht. Als Beispiel nennt er die Tezos -Stiftung mit Sitz in Zug, die mit ihrer neuartigen Blockchain den Finanzsektor erobern will. Tezos ist eine Plattform für digitale Finanzgeschäfte, die jeweils gleich mit der Blockchain-eigenen Digitalwährung bezahlt werden können. «Die Weiterentwicklung geschieht hier bereits on-chain», sagt Spychiger. «Die ganze Community kann Verbesserungsvorschläge einbringen, über die dann direkt via die Blockchain abgestimmt wird.» Solche Abstimmungsprozesse gehören zum Kern von Dezentralisierten Autonomen Organisationen, denn sie ersetzen hier die Management-Entscheide. Schwierige Fragen sind damit verbunden: Wer hat wie viel Stimmgewicht? Wie verhindert man, dass sich die unterlegene Minderheit nach einer Abstimmung abspaltet? Ist es überhaupt sinnvoll, wenn alle Teilhaber, die sich in der Materie womöglich gar nicht auskennen, bei allen Fragen mitreden? Mancherorts setzt man dann doch wieder auf ein Kernteam, das beispielsweise darüber entscheidet, welche Vorschläge zur Abstimmung kommen. Eine andere offene Frage ist jene nach Schlichtungsgremien ausserhalb der Blockchain. Denn trotz ausgeklügelter Mechanismen wird es immer Streitfälle geben, die in den Smart Contracts nicht vorhergesehen wurden. Restlos alles lässt sich nicht digitalisieren. Trotz solcher ungeklärter Fragen bescheinigen die beiden ZHAW-Forscher den DAOs eine grosse Zukunft. Das Einsatzgebiet gehe weit über den Finanzbereich hinaus. «Sehr geeignet sind DAOs vor allem für Vermittlungsplattformen, etwa für Wohnungen oder Dienstleistungen», sagt Michael Lustenberger. «Ein Fahrdienstvermittler beispielsweise bräuchte eigentlich keine Angestellten.» Es genügt eine digitale Plattform, wo Fahrer und Kunden sich finden können. Bezahlt wird digital über die Plattform-eigene Währung. Die Benutzer wären gleichzeitig Teilhaber und könnten über die Weiterentwicklung der DAO bestimmen. Alles digital, alles dezentral. Technisch wäre das schon heute machbar. Dass noch keine Fahrdienstvermittler-DAO existiert, liegt daran, dass bestehende Anbieter wie Uber oder Lyft kein Interesse daran haben, ihr Unternehmen zu dezentralisieren und demokratisieren. Denn dabei entfiele der Gewinn, den sie heute mit ihren Geschäften machen. Auch ein gewinnorientierter Jungunternehmer wird darum zögern, eine DAO zu gründen. «Am Anfang braucht es sicher viel Idealismus», sagt Michael Lustenberger. «Man muss eine Form finden, um freiwillige Anfangsinvestitionen zu entschädigen. Etwa indem man die Gründer am Erfolg der DAO teilhaben lässt.» DAOs eignen sich aber nicht nur für Plattformen: Sie können auch physische Objekte steuern. Paradebeispiel hierfür ist das sich selbst verwaltende Haus, das niemandem gehört. Es heisst no1s1 (gesprochen: «no one’s one») – angestossen hat das Projekt der Zürcher Thinktank Dezentrum, der sich mit digitalen Zukunftsszenarien auseinandersetzt. Das Haus soll, wenn es denn einmal steht, durch eine Blockchain gesteuert werden und für Veranstaltungen zur Verfügung stehen. Es organisiert sich vollständig selber: schliesst Verträge mit Veranstaltern ab, kassiert dafür Geld, ruft Handwerker und bezahlt sie. So ein Haus ist, wie alle DAOs, auch effizient und kostengünstig, spart man sich doch die Verwaltungskosten. «Ziel dieses Pionier-Projektes ist es, neue Denkanstösse zu geben und herauszufinden, was funktioniert und was nicht», sagt Florian Spychiger. «Die grösste Herausforderung ist derzeit die rechtliche Lage. Die Behörden wissen nicht, wie sie damit umgehen sollen.» Dabei geht es um Fragen wie: Wer haftet für Schäden? Wer ist verantwortlich, wenn es eine illegale Aktion im Haus gibt? Wo können sich Nachbarn über Lärm beschweren? Ein Objekt, das sich selbst gehört und verwaltet, ist in unserem Rechtssystem nicht vorgesehen. Rechtsunsicherheit ist auch mit ein Grund, warum Firmen, die über Lieferketten miteinander verbunden sind, meist keine DAOs gründen. Eigentlich wäre die Organisationsform dafür prädestiniert, den Weg eines Produkts von den Rohstofflieferanten bis zum Endverbraucher zu dokumentieren, die Nachverfolgbarkeit zu verbessern und die Abläufe zu automatisieren. Oft setzen die Beteiligten dabei heute zwar tatsächlich auf eine Blockchain, wählen aber für die Entscheidungsfindung eine klassische Rechtsform. So fühlen sie sich wohler. So auch bei Cardossier , einem Grossprojekt im Automobilbereich: Mehrere Autoimporteure, Versicherer, das Bundesamt für Strassen und das Strassenverkehrsamt des Kantons Aargau haben sich zusammengetan, um den ganzen Lebenszyklus von Autos digital zu dokumentieren und zu vereinfachen. So soll die Zulassung eines Neuwagens, bei der ein Käufer bisher mit einer Versicherung verhandeln und beim Strassenverkehrsamt aufkreuzen muss, künftig automatisch via Smart Contract erfolgen. Dank der gesammelten Daten sind auch neue Geschäftsmodelle denkbar, etwa der Verkauf von garantiert unmanipulierten Gebrauchtwagen-Dossiers an Kaufinteressenten. Für die Weiterentwicklung der Plattform setzen die Beteiligten nicht auf eine DAO: Sie haben dazu einen Verein gegründet. Selbst von der klassischen Blockchain ist man abgekommen, weil in diesem Fall die totale Transparenz, welche diese bietet, gar nicht erwünscht ist. Die nun gewählte Plattform bietet dieselben Vorteile in Sachen Effizienz und Sicherheit, verunmöglicht aber, dass beteiligte Firmen die Daten ihrer Konkurrenten einsehen können. Die Beispiele zeigen es: Die Dezentralisierte Autonome Organisation muss ihre ideale Form und die geeigneten Einsatzfelder noch finden. Michael Lustenberger sieht dabei Möglichkeiten, die weit über das Wirtschaftliche hinausgehen. «Hinter den DAOs steckt auch ein gesellschaftskritischer Gedanke», sagt er. «Sie könnten helfen, das Internet von morgen zu demokratisieren.» Denn beim sich derzeit entwickelnden Internet der Dinge, das Gegenstände und Menschen in einem einzigen grossen Netz miteinander verwebt, besteht die Gefahr, dass einzelne Grossunternehmen wie Amazon oder Google die Steuerung übernehmen. Viel besser wäre laut Lustenberger eine unabhängige Plattform in Form einer DAO, an die sich Anbieter von Dienstleistungen und Produkten zu vernünftigen Konditionen anschliessen könnten. «So liesse sich verhindern, dass ein zentralistischer Konzern alles steuert und mehr über uns weiss, als uns lieb ist.» Da ist die dezentrale Form der DAO, wo der Einzelne idealerweise auch seine Daten selbst verwalten kann, doch viel sympathischer. Mathias Plüss

Solch prächtige Blumenwiesen sind heute selten: «Hier wachsen auf wenigen Quadratmetern dreissig bis fünfzig Pflanzenarten», sagt Florian Brack, Leiter der Forschungsgruppe Freiraummanagement am Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen der ZHAW. Wir befinden uns in der Überbauung «Brombeeriweg», einem jüngeren Teil der Siedlung Friesenberg am Fusse des Uetlibergs in Zürich. Er sei ein «Vorzeigebeispiel für naturnahe Gestaltung», so Brack: Neben den Blumenwiesen gibt es hier auch Heckenbänder, Steinstrukturen und ein Wildbienenhotel, aber auch Nutzgärten und Spielflächen. «Nach dem Bezug 2003 haben die Bewohner noch oft gefragt, wann endlich aufgeräumt werde – inzwischen haben sie ein Bewusstsein dafür entwickelt.» Florian Brack Die Mischung gefällt. In keiner Wohnsiedlung am Friesenberg sind die Menschen so zufrieden wie hier, hat eine Untersuchung der Familienheim-Genossenschaft Zürich (FGZ) ergeben, zu der auch der «Brombeeriweg» gehört. Auf unserem Rundgang werden wir spontan von Bewohnerinnen angesprochen, denen der Stolz auf die naturnahe Umgebung deutlich anzumerken ist. «Das war am Anfang anders», sagt Florian Brack. «Nach dem Bezug 2003 haben die Bewohner noch oft gefragt, wann endlich aufgeräumt werde. Man musste den Leuten das Konzept erklären – inzwischen haben sie ein Bewusstsein dafür entwickelt.» Wir wechseln in die Nachbarsiedlung «Hegianwandweg», die auch der FGZ gehört, aber deutlich älter ist. Die Umgebung sieht viel weniger abwechslungsreich aus, die Artenvielfalt ist geringer. «Diese Siedlung wurde damals nicht bewusst naturnah gestaltet», sagt Brack. «Trotzdem lässt sich auch hier etwas für die Natur machen.» So wird heute deutlich seltener gemäht, mancherorts lässt man das Gras hoch wachsen. Diese Massnahmen beruhen auf einer engen Kooperation zwischen den ZHAW-Forschenden und den Genossenschafts-Angestellten. «Die FGZ-Gärtner sind sehr offen für unsere Anliegen und arbeiten aus eigener Motivation naturnah, sonst ginge es nicht», sagt Brack. Die Grundlage für die Zusammenarbeit ist das Handbuch «Mehr als Grün», das die Forschungsgruppe Freiraummanagement in den letzten zwei Jahren im Auftrag von Grün Stadt Zürich erarbeitet hat, dem für die städtischen Grünräume zuständigen Amt. Die FGZ war in diesem Projekt die Praxispartnerin. Ziel sind die Förderung der Artenvielfalt und die Schonung von Ressourcen. «Die Biodiversität kommt meist erst am Ende des Bauprozesses zur Sprache, und dann fehlt es oft an Geld und Platz.» Anke Domschky Die Reaktionen auf das Buch sind durchwegs positiv. Trotzdem gilt die Biodiversität immer noch als Randthema – bei vielen Projekten steht der Profit im Zentrum. «Die Biodiversität kommt meist erst am Ende des Bauprozesses zur Sprache, und dann fehlt es oft an Geld und Platz», sagt Anke Domschky, die sich am Institut Urban Landscape am Departement Architektur, Gestaltung und Bauingenieurwesen der ZHAW mit dieser Problematik auseinandersetzt. «Aber die Biodiversität ist kein Randthema, sie gehört von Anfang an mit an den Tisch.» Doch selbst ein Miteinbezug bei der Planung ist noch kein Garant für eine entsprechende Umsetzung. So kommt es vor, dass sich geplante Blumenwiesen und Naturhecken im Laufe der Ausführung in artenarme Fettwiesen und Thujahecken verwandeln, weil es der Gärtner halt schon immer so gemacht hat. Um solche Fehlprozesse zu verhindern, gibt es nun eine Fortsetzung des Projekts. «Das Handbuch für die Pflege steht schon im Einsatz», sagt Florian Brack. «Nun wollen wir ähnliche Instrumente auch für Planung und Bau entwickeln, um alle Phasen von Bauvorhaben abzudecken.» Dieses neue Projekt ist soeben gestartet und wiederum auf zwei Jahre angelegt, Leiter ist abermals Florian Brack. Die Stadt Zürich ist wieder beteiligt, dazu weitere Schweizer Städte – ein Teil der Finanzierung kommt vom Bundesamt für Umwelt (BAFU). «Beim BAFU hat man die Erfahrung gemacht, dass es viele übergeordnete Konzepte gibt, der Transfer in die Praxis aber oft nicht stattfindet», sagt Brack. «Auch darum unterstützt es unser Forschungsprojekt.» Eigentlich sind Bauvorhaben im Spannungsfeld von Nutzerbedürfnissen, ästhetischen Vorlieben und Naturförderung schon komplex genug. Doch es kommen noch weitere Faktoren hinzu, allen voran der Klimawandel. So will man im ZHAW-Forschungsbereich Urbane Ökosysteme, in dem Florian Brack wirkt, etwa der Frage nachgehen, welche Bäume in der Stadt der Zukunft gepflanzt werden sollen: Sie müssen Hitze und Trockenheit besser vertragen als die heutigen Arten, aber gleichzeitig immer noch gegen Winterfrost gewappnet sein. Auch Fassadenbegrünungen, die man etwa in Zürichs Wohnsiedlungen noch zu selten sieht, müssen zu einem grossen Thema werden, weil sie die Häuser kühl halten. Windschneisen von den Wäldern und vom See her sollen in den Siedlungen für frische Luft sorgen. Gleichzeitig muss aber auch mehr verdichtet werden, in der Stadt Zürich rechnet man in den nächsten zwanzig Jahren mit hunderttausend zusätzlichen Einwohnern. Wie soll das alles zusammengehen? Dass es funktionieren kann, zeigt ein Gang mit Anke Domschky durch die neue Siedlung «Entlisberg 2» in Wollishofen. Gebaut hat sie die Allgemeine Baugenossenschaft Zürich, der Bezug fand 2017 und 2018 statt. Auf engem Raum stehen hier 213 Wohnungen, aber noch viel mehr: Im Innenhof und rundherum gibt es Spazierwege, Bänkli, Spielplätze, ruhige Nischen, Mitmach-Flächen (etwa für Urban Gardening), Kunstwerke, Staudenrabatten, Biodiversitätsflächen und sogar einen kleinen Schlittelhang. «Das ist vorbildlich gemacht – vor allem angesichts all der Randbedingungen, die zu erfüllen waren», sagt Domschky. Auch ans Klima hat man gedacht: Es wurden viele Bäume gepflanzt, auch lokale Obstsorten, und es gibt kaum Asphalt, weil der sich im Sommer stark erhitzt. Die Dächer sind von Solarzellen bedeckt, auf bestehende Frischluftschneisen hat man Rücksicht genommen. Zudem wurden Retentionsflächen gebildet, in die bei Starkregen das Wasser fliessen kann. Auch hier: Den Bewohnerinnen und Bewohnern gefällt es offensichtlich – der Innenhof sprüht vor Leben, und der Kontrast zur steril wirkenden Nachbarssiedlung mit ihren monotonen Rasen- und Asphaltflächen ist scharf. «Verdichtung, Natur und Lebensqualität sind kein Widerspruch», sagt Domschky. Wichtig sei, schon in der Planung an alle Bedürfnisse zu denken und die Bewohner aktiv an ihrem Umfeld teilhaben zu lassen. Es dürfe etwa in so einer Siedlung nicht zu grosse reine Naturflächen mit Betretverbot geben: «Nicht nur die Pflanzen und Tiere sollen sich wohlfühlen, sondern auch die Menschen.» ZHAW-Handbuch zu naturnaher Pflege «Das Feedback ist sehr gut», sagt Florian Brack zu seinem neuen Handbuch «Mehr als Grün» . «Die Reaktionen sind durchwegs positiv», sagt Bettina Tschander, die bei Grün Stadt Zürich dafür verantwortlich ist. Offenbar hat die Umweltszene auf genau dieses Werk gewartet. Es füllt eine Lücke, weil man sich Informationen zur naturnahen Pflege bisher aus verschiedenen Quellen zusammensuchen musste. Nun bekommt man alles Relevante in einer einzigen Schrift geliefert, knapp zusammengefasst und sehr praxisorientiert. Ein weiterer Erfolgsfaktor ist vermutlich, dass die ZHAW-Forscher nicht auf einen ausgrenzenden Naturschutz setzen, wie er teilweise früher betrieben wurde, sondern konsequent für den Dreiklang «Nutzung–Gestaltung–Ökologie» eintreten, also die Bedürfnisse der Menschen miteinbeziehen. Das Buch existiert in zwei Formen: Als umfassendes Nachschlagewerk («Profilkatalog») und als kleines Praxishandbuch, das Gärtner bequem bei der Arbeit mittragen können. Unterteilt in Kapitel wie «Gebrauchsrasen», «Hochstaudenflur» oder «Wildhecke», beschreibt es die einzelnen Schritte bei der naturnahen Pflege – aber auch, welche Massnahmen man besser sein lässt. Das Handbuch ist für Profis gedacht. Gebraucht wird es vorwiegend von Gärtnern der Stadt und der Wohnbaugenossenschaften. Grün Stadt Zürich setzt es überdies in ihren Mitarbeiter-Kursen ein. «Mittelfristig soll das Werk zur Grundlage für den Unterhalt werden, zur Leitlinie für die Pflege», sagt Bettina Tschander. Um die Umsetzung zu fördern, hat die Stadt letztes Jahr auch ein kleines Förderprogramm für die Schaffung ökologisch wertvoller Flächen auf die Beine gestellt. Ausserdem will man mit dem Buch auf private Liegenschaftsbesitzer zugehen. «Bei den Genossenschaften stossen wir auf offene Ohren», sagt Tschander. «Bei den Privaten ist es schwieriger. Insbesondere bei Immobilienfirmen und Pensionskassen stehen häufig andere Interessen als die Ökologie im Fokus.» Mathias Plüss