Die Natur der Innovationen

Im Norden Italiens liegt ein einzigartiger Nährboden für eine neue Forschungslandschaft. Hier werden in einem neuen  Innovationsviertel private Firmen, Forschungseinrichtungen und die Universität vernetzt, um neue Produkte und Dienstleistungen zu schaffen. Von der Verbesserung der Energieeffizienz, besserem Wohnen bis hin zu nachhaltigen Lebensmitteln und Automatisierung von Alltagsprozessen – an all dem arbeiten hier tagtäglich rund 700 Forscher, Wirtschaftler, Startup-Unternehmen, Studierende, Experten weitere kluge Köpfe.

Bild: Natur der Innovationen - NOI Techpark Bozen

Die Rede ist vom NOI Techpark in Bozen, Südtirol. „NOI“ steht hierbei als Akronym für „Nature Of Innovation“, „noi“ bedeutet auf italienischen jedoch auch „wir“ und klingt ausgesprochen wie das deutsche Wort „neu“. Diese Mehrdeutigkeit ist gewollt, vereinen alle Bedeutungen doch, wofür NOI Techpark steht: Er ist als Innovationsviertel konzipiert und unterstützt technologieorientierte, möglichst innovative Unternehmen in ihren Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten. Forschung und Unternehmen arbeiten hier eng zusammen und sind Teil eines in Südtirol engmaschig geknüpften Netzwerkes, das gleichzeitig weit über die Landesgrenzen hinausreicht und neue Ideen und Projekte auf den Weg bringen soll.

Zurzeit arbeiten rund 70 Unternehmen hier, ebenso die Freie Universität Bozen sowie die wichtigsten Südtiroler Forschungseinrichtungen: Eurac Research, Fraunhofer Italia, das Versuchszentrum Laimburg und die Agentur für Energie Südtirol – KlimaHaus. Rund 40 unterschiedliche Labore stehen ihnen dafür zur Verfügung.

Christian Steurer, Leiter des terraXcube von Eurac Research am Techpark Bozen hat für unser Waldner Magazin einen Gastbeitrag über die Forschungsarbeit seines Instituts geschrieben.

terraXcube ist das Zentrum für Extremklima-Simulation von Eurac Research im Bozner NOI Techpark. In seinen Klimakammern werden die extremen Klimabedingungen unserer Erde künstlich geschaffen – so können deren Auswirkung auf den Menschen, auf ökologische Prozesse und technische Produkte untersucht werden.

Temperaturen von -40 bis +60° C, Licht von bis zu 1.000 Lux wie in einem TV-Studio – auch bei Nacht, 60 mm Regen pro Stunde – auch bei Trockenheit, 50 mm pro Stunde Schneefall – auch im Sommer. Der Extremklimasimulator terraXcube ist fest am Boden des NOI Techparks verankert und kann doch bis auf 9.000 m über dem Meeresspiegel „ansteigen“: Luftdruck und Sauerstoffkonzentration simulieren naturgetreu Bedingungen, die auf den höchsten Gipfeln dieser Erde vorherrschen. Der Extremklima-Simulator bietet weltweit medizinische, ökologische und industrielle Tests. terraXcube besteht aus einer großen Kammer, dem Large Cube, und vier kleinen Kammern, den Small Cubes. „Während die vier kleinen Kammern vorwiegend alpine Wetterverhältnisse reproduzieren, kann die große Kammer Klimabedingungen bis auf den Gipfel des Mount Everest simulieren“, erläutert Christian Steurer, Leiter des Zentrums. Für die Höhen- und alpine Notfallmedizin sei dies ein qualitativer Quantensprung, meint Eurac Research-Höhenmediziner Hermann Brugger, einer der Väter dieses weltweit einzigartigen Projekts. Denn bislang konnten Wissenschaftler Untersuchungen in dieser Höhe nur in freiem, schwer zugänglichem Gelände und somit unter nicht kontrollierten Bedingungen vornehmen. „Was in der höhenmedizinischen Forschung noch fehlt, ist die Reproduzierbarkeit, also die Wiederholung eines Tests unter gleichen Bedingungen“, berichtet Brugger. Dies ist im terraXcube von nun an möglich: Bis zu zwölf Testpersonen können sich gemeinsam mit drei Wissenschaftlern über einen Zeitraum von bis zu 45 Tagen im Large Cube aufhalten. Die Testbedingungen lassen sich beliebig oft deckungsgleich wiederholen. Verlassen können die Teilnehmer während der Testzeit den Raum über eine Druckluftschleuse, ohne den Testverlauf zu stören. Die sanitären Anlagen können auch auf 9.000 Meter benutzt werden. Bei Bedarf kann in dieser Schleuse auch ein schneller Druckabfall simuliert werden, wie er bei Flugrettungseinsätzen im Hochgebirge vorkommt. Ein medizinisches Überwachungssystem kontrolliert kontinuierlich Herzaktivität, Sauerstoffsättigung, Blutdruck und Körpertemperatur der Testpersonen und stellt deren körperliche Unversehrtheit sicher. Brugger und seine Forscherkollegen aus aller Welt erwarten sich von den Arbeiten im terraXcube einen Durchbruch in der Erforschung von Hypoxie (Sauerstoffmangel) und dessen Auswirkungen auf den menschlichen Organismus.
„Die Möglichkeit, den Luftdruck zu verändern, macht den terraXcube weltweit einzigartig und eröffnet nicht nur der Alpinen Notfallmedizin ganz neue Perspektiven“, freut sich auch Biologe Georg Niedrist, der mit seinen Kollegen von Eurac Research im terraXcube die Funktion von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen des alpinen Raums unter veränderten Klimabedingungen erforschen wird. „Auch wir hoffen darauf, Antworten auf bisher ungeklärte Fragestellungen zu bekommen. Etwa, wie reagieren alpine Organismen auf Druckveränderungen? Bis in welche Höhenlagen können Arten vordringen, wenn sie aufgrund des Klimawandels Flucht nach oben ergreifen? Wie schnell können sie sich an die geringeren Sauerstoffverhältnisse anpassen? Wenn überhaupt?“
Der terraXcube kann auch von Unternehmen aus dem In- und Ausland genutzt werden, die ihre Produkte, technischen Geräte und Maschinen unter Extrembedingungen testen möchten. Das Zentrum für Extremklima-Simulation unterstützt die Unternehmen bei der Produktentwicklung und -erprobung, von der Technologieentwicklung über die frühe Testphase, das Upscaling, das Prototyping, die Validierung bis hin zur Demonstration.

Business model

Die Infrastruktur ist offen für Forschungsorganisationen, Industrie und Rettungsorganisationen auf lokaler nationaler/ EU/ internationaler Ebene. Die Forschungsinstitute der Eurac Research fungieren als Botschafter im akademischen Bereich. Handelsvertreter erweitern das Geschäft im kommerziellen Bereich und der NOI Techpark (www.noi.bz.it) bietet Marketing und Zugang zu globalen europäischen Netzwerken. Die Dienstleistung ist maßgeschneidert: von der Machbarkeitsstudie über das Testdesign, Unterstützung bei der Testdurchführung, Datenerfassung und Datenlieferung. Die Infrastruktur durchläuft einen Akkreditierungsprozess nach der Norm ISO/IEC 17025, um die höchste Qualität der Tests zu gewährleisten. Die Infrastruktur ist seit Ende 2019 in Betrieb.

Verringerung des Plasma-Volumens bei der Höhenakklimatisierung

Einige Use Cases: Die wichtigste Herausforderung, der sich der Mensch in großer Höhe gegenübersieht, ist die verminderte Sauerstoffverfügbarkeit (Hypoxie), die zu einer Verminderung der körperlichen und kognitiven Leistungsfähigkeit führt. Wenn sich die hypoxische Exposition jedoch über Tage erstreckt, erhöht eine Verringerung des Plasma-Volumens (PV) die arterielle Hämoglobin-Konzentration und normalisiert somit die arterielle Sauerstoffkonzentration.

In dieser Studie wurde durch die Verwendung des terraXcube eine genaue Kontrolle der experimentellen Bedingungen ermöglicht. Zwölf gesunde Tieflandbewohner wurden im terraXcube auf 3.500 m gebracht. Täglich wurden Blutproben entnommen und die Aktivität (anti-)diuretischer Hormone sowie die zirkulierenden Konzentrationen von Elektrolyten und Proteinen gemessen. Im hauseigenen Labor wurden eine Blutgas- und Viskositätsanalyse durchgeführt und die Proben zur Protein-, Hormon- und Elektrolytenbestimmung in Blut und Urin für die Analysen im Zentrallabor in Bozen aufbereitet.

Klimawandel und Auswirkung auf unsere Pflanzen

Berge gehören zu den Regionen, die am empfindlichsten auf den Klimawandel reagieren. Wir müssen verstehen, wie sich die Bergökosysteme künftig verhalten. terraXcube ermöglicht es, komplexe Ökosysteme zu konstruieren, die authentischen Bedingungen ähneln, und diese Umweltbedingungen im Zeitraffer auszusetzen. Ein erstes hydrologisches Experiment erfasst die Reaktion der Vegetation auf Veränderungen des Wasserhaushalts. Mesokosmen (Bodenmonolithen) werden in sogenannte Lysimeter gepflanzt und den aktuellen und zukünftigen Temperatur-, Strahlungsund Feuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt, die für die alpine Umgebung realistisch und wahrscheinlich zu erwarten sind. Diese Präparate werden in den Labors vorbereitet und analysiert.

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