Fokus. Sonnenenergie hilft bei der Reinigung und Aufbereitung von Wasser. Die Bachelorarbeit einer HSR- Studentin zieht weite Kreise

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1 Ausgabe 1 / 2011 Fokus Sonnenenergie hilft bei der Reinigung und Aufbereitung von Wasser MOSAMBIK Die Bachelorarbeit einer HSR- Studentin zieht weite Kreise WASSERBAU Modellversuche an der HSR optimieren Wasserbauten weltweit HSR-Magazin 1 / 2011

2 Lust auf Probleme? Wenn es dir Spaß macht, komplexe Aufgaben clever zu lösen, ist ein Job bei Zühlke genau dein Fall. Denn außergewöhnliche Businessprobleme sind bei uns der normale Arbeitsalltag in den Bereichen Softwarelösungen, Produktinnovation und Managementberatung. Wir freuen uns darauf, diesen Alltag mit dir zu teilen. Consulting Development Integration zuehlke.com/jobs

3 NACHWUCHS Das technische Interesse bei Jugendlichen soll früh geweckt werden Kongress Im Juni wird Zürich zum Mekka für Landschaftsarchitekten Löhne trotzen der krise Die Löhne in den Bereichen Ingenieurwesen und Architektur trotzen der Krise «Numb3rs» Eine kriminell inspirierte Mathematik- Vorlesung an der HSR mit Kultstatus FOKUS 4 Sonne und Wasser im Zusammenspiel 6 Sauberes Wasser für die Insel Mosambik 8 Kalkschutzgeräte im Härtetest 10 Modelle geben Antwort auf Hydraulikfragen 12 Regenwasserabfluss soll sauberer werden THEMEN 18 Technisches Interesse fördern 21 Im Juni wird Zürich zum Mekka für Landschaftsarchitekten 23 Starkes Wachstum an der HSR 24 Löhne trotzen der Krise 27 HSR fördert Unternehmertum 29 «Numb3rs»: Krimiserie im Hörsaal 30 Diplomfeier an der HSR 33 Die HSR baut in Zug ein neues Weiterbildungsinstitut auf AKTUELLES IN KÜRZE 38 RobOlympics, Lernstrategien 39 Personelles 40 Textilaltro 41 Rückblick PLM-Forum, HSR-Informationstag 42 Vernetzte Hochschulen 43 Stellenbörse, Engagement im Niger, Impressum 45 Tips & more 46 Magi s view, fawwworiten EDITORIAL Liebe Leserin, lieber Leser Wasser ist eine lebensnotwendige R essource. Einerseits für die Natur, um die ökologischen Kreisläufe stabil zu halten und um zu gedeihen, andererseits für den Menschen: Wir brauchen das «blaue Gold» nicht nur zum Trinken oder für die Nahrungsmittelproduktion, sondern beispielsweise auch, um Energie zu gewinnen oder zur Reinigung. Wasser ist zudem eine Naturgewalt und kann in Form von Hochwasserereig nissen eine Bedrohung darstellen. All diesen Aspekten des Wassers widmen sich Forschungsprojekte der HSR, von denen wir einige in diesem Magazin vorstellen. So zeigt das Institut für Bau und Umwelt IBU, wie es mit Gelände modellierungen Hochwasserereignisse erforscht, das Institut für Raumplanung IRAP stellt ein Projekt in Mosambik vor, das sich unter anderem mit Verbesserungen in der Wasserversorgung der Be völkerung auseinandersetzt, und das Institut für Solartechnik SPF gibt einen Einblick in seine Arbeiten im Bereich der Wasseraufbereitung. Die Projekte demonstrieren, wie die Institute in der Forschung disziplinenübergreifend zusammenarbeiten und einander ergänzen. Neben dem Schwerpunkt «Wasser» greift das Heft auch weitere Themen auf: Beispielsweise wird eine etwas andere Mathematik-Vorlesung vorgestellt, die sich mit Episoden der Krimiserie «Numb3rs» auseinandersetzt, und die Verantwortlichen des Instituts für Wissen, Energie und Rohstoffe Zug (WERZ), das die HSR im Auftrag des Kantons Zug aufbaut, erörtern den Stand der Arbeiten. Diesem HSR-Magazin liegt zudem eine Übersicht über sämtliche an der HSR laufenden Forschungsprojekte bei. Sie werden nach Bereich und Thema gegliedert kurz vorgestellt. Ich wünsche Ihnen beim Lesen der Beilage und des HSR-Magazins viel Vergnügen! Michael Näf, Redaktion HSR-Magazin HSR-Magazin 1 /

4 Bei der Erzeugung von Wärme aus Sonnenenergie spielt Wasser als Wärmeträger und Speichermedium eine zentrale Rolle. Das Institut für Solartechnik SPF erforscht und entwickelt aber auch solarthermische Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung. Sonne und Wasser im Zusammenspiel von Lars Konersmann und Matthias Rommel, Institut für Solartechnik SPF Weitere Informationen: Trotz neuer Entwicklungen von Hightechmaterialien ist Wasser nach wie vor das Wärmespeichermedium Nummer eins im Bereich der Solarthermie. Dies liegt vor allem daran, dass Wasser eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität aufweist, sehr wenig kostet, überall vorhanden, umweltfreundlich und nicht toxisch ist. Zudem kann Wasser als flüssiges Medium mit geringem Aufwand an die Stelle des Bedarfs gepumpt werden. Dementsprechend dienen mit Wasser gefüllte Speichertanks bei solaren Heizsystemen als Zwischenspeicher der solarthermischen Energie. Sie ermöglichen den Ausgleich von Solarenergieangebot einerseits und Wärmenachfrage andererseits. Trinkwasseraufbereitung mit Solarenergie Daneben spielt Wasser noch eine ganz andere Rolle in Kombination mit der Solarthermie: Es wird nicht nur als Wärmetransport- und Speichermedium eingesetzt, sondern die Energie der Sonne wird für die Reinigung und Aufbereitung von Wasser verwendet. Wasser ist das wichtigste Lebensmittel überhaupt und wird in vielen Teilen der Erde ein immer knapperes Gut. Gerade in Gebieten mit schlecht entwickelter Infrastruktur gibt es oft sehr viel Solarstrahlung, und Solarenergie ist eine zuverlässige und hervorragend geeignete Energiequelle, um bakte riell verunreinigtes oder salzhaltiges Wasser zu Trinkwasser aufzubereiten. Das SPF fokussiert auf die Verfahren der Wasserpasteurisierung (Entkeimung) und der Destillation (Entsalzung). Daneben existiert eine ganze Reihe von weiteren Ansätzen zur solaren Wasseraufbereitung wie photochemische Verfahren (UV- Bestrahlung, Photokatalyse) oder auch photovol taisch betriebene Filtrationsanlagen. Bei der Wasserpasteurisierung wird mikrobiologisch verunreinigtes Wasser so weit erhitzt, dass die für den Menschen schädlichen (pathogenen) Bakterien abgetötet werden. Am SPF wurde über die letzten Jahre ein Forschungsprojekt durchgeführt, das mittlerweile unter dem Namen SwissWaterKiosk bekannt ist. Dabei wurden zunächst in enger Zusammenarbeit mit der Wasserforschungsanstalt EAWAG in Dübendorf das minimale Temperaturniveau und die entsprechende Verweilzeit zur Abtötung der Mikroorganismen im Trinkwasser bestimmt. Mit einem überraschenden Ergebnis: Für die Entkeimung von Wasser ist eine Erhitzung auf 100 Grad Celsius nicht notwendig. Es genügt, das Wasser auf 75 Grad Celsius zu erwärmen und während fünf Minuten auf dieser Temperatur zu halten. Sauberes und günstiges Wasser für Entwicklungsländer Das SPF hat ein Solarkollektorsystem mit einer Wärmerückgewinnungs einheit entwickelt, mit dem diese Bedingungen für die Entkeimung möglichst energieeffizient und ohne zusätzlichen Energieverbrauch erfüllt werden. Der SwissWaterKiosk kommt in Entwicklungsländern zum Einsatz, wo Menschen ihr Trinkwasser direkt aus Flüssen, Seen oder anderen Oberflächengewässern beziehen, die mikrobiologisch verunreinigt sind. Das System liefert etwa 500 Liter Trinkwasser pro Tag und kostet in der Herstellung rund 500 Franken. Mittlerweile werden solche Systeme in Bangladesch, Tansania und Mosambik in Feldtestanlagen eingesetzt. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie komplett autark funktionieren und im Vergleich zu anderen Ansätzen zur Wasseraufbereitung sehr wenig Unterhalt erfordern. 4 HSR-Magazin 1 / 2011

5 1 2 3 Bild 1: Lars Konersmann (links) und Elimar Frank (Mitte) vom SPF montieren in Tansania eine SwissWaterKiosk- Pilotanlage. Bilder 2 und 3: SwissWaterKiosk- Pilotanlage an einer Primarschule in Nordmosambik. Eine weitere Möglichkeit zur Trinkwassergewinnung mit thermischer Energie aus Solarkollektoren ist die Meerwasserentsalzung. Um aus salzhaltigem Wasser Trinkwasser zu gewinnen, kann dieses ganz einfach verdampft werden. Im Wasserdampf ist kein Salz enthalten und wenn der Dampf wieder kondensiert, erhält man reines Wasser. Das einfachste Beispiel hierzu sind so genannte Solarstills: In flachen Wasserbecken wird Wasser unter der Sonne offen verdampft. Das verdampfte Wasser kondensiert an einer darüber gespannten Folie oder Glasscheibe. Solche Anlagen haben sich in der Praxis allerdings nicht sehr gut bewährt, weil sie einen relativ hohen Wartungsaufwand erfordern und nicht besonders effi zient sind. Energieeffiziente Wasserentsalzung in Namibia Eine Effizienzsteigerung ist vor allem deshalb notwendig, weil der Verdampfungsprozess sehr energieintensiv ist: Zur Verdampfung von einem Kubikmeter Wasser werden etwa 700 Kilowattstunden Energie benötigt. Allerdings kann man diese Energie bei der Kondensation des Dampfes wieder zurückgewinnen. Dazu existiert eine Reihe von technischen Ansätzen. Eine Technologie, mit der sich das SPF näher auseinandersetzt, ist die Membrandestillation. Diese Technologie ist relativ neu und besonders gut geeignet für die ständig wechselnden Betriebsbedingungen, die bei solarbe triebenen Systemen vorliegen. Es wurden Kompakt systeme mit einer sechs Quadratmeter grossen Kollektorfläche entwickelt. Damit können täglich etwa 120 Liter Wasser entsalzt werden. Eine grössere Pilotanlage mit einer Fläche von 300 Quadratmetern ist unlängst in Namibia in Betrieb genommen worden. Die Technologie wurde im Rahmen mehrerer EU-Forschungsprojekte des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE und der Spin-off-Firma Solarspring entwickelt. Der jetzige SPF- Institutsleiter Matthias Rommel hat diese Projekte geleitet und ist Mitinitiator der Technologie. HSR-Magazin 1 /

6 Verschiedene Projekte der HSR setzen sich mit Wasserversorgungsproblemen und der Siedlungs entwicklung auf der Insel «Ilha de Moçambique» auseinander. Den Grundstein dazu legte eine Bachelorarbeit im Studiengang Raumplanung. Sauberes Wasser für die Insel Mosambik von Yolanda Leyel, Projektmitarbeiterin Institut für Raumentwicklung IRAP Wasser war für die kleine Ilha de Moçambique, nur wenige Kilometer von der ostafrikanischen Küste entfernt, stets von zentraler Bedeutung. «Ohne Wasser kein Leben», so lernt man deshalb noch heute in den Schulen der Insel, die während ihrer Blütezeit einmal Mittelpunkt und Hauptstadt der portugiesischen Kolonie Mosambik war. Ausgefeiltes Trinkwassersystem in der Blütezeit Als Basis und verbindende Grundlage für ein weltumspannendes Handelsnetz spielte Wasser bereits bei der Entdeckung der Insel durch Vasco da Gama im Jahr 1493 eine wichtige Rolle. Sie diente bald als Stützpunkt für die Versorgung der Handelsschiffe: Hier wurden Waren ausgetauscht und man wartete ab, bis Strömung und Windverhältnisse eine Überwindung des Mosambik-Kanals zwischen Festland und Madagaskar ermöglichten. Die kleine Besatzungsmacht entwickelte schon früh ein ausgefeiltes System zur Trinkwasserversorgung: Die Dächer der steinernen Häuser dienten als Auffangbecken, die das Regenwasser sammelten und in unterirdische Zisternen leiten. Mit der Zeit erwuchs der Insel ein ansehnlicher Reichtum. Dieser schlug sich in prunkhaften Bauten nieder. Sie sind Ausdruck eines ausgefeilten städtebaulichen Regimes, das auch auf einer optimalen Bewirtschaftung des Wassers beruhte. Kontinuierlicher Niedergang im 19. Jahrhundert Allerdings wurden im Zug der Industrialisierung die Handelsschiffe bald zu gross für die flachen Küsten gewässer, welche die Insel umgeben. Hauptstadt Mosambiks wurde im Jahr 1898 Lorenzo Marques, das heutige Maputo. Es setzte ein kontinuierlicher Niedergang der Insel ein. Die Portugiesen zogen ab und Mosambik wurde 1975 unabhängig. Im Verlauf des einsetzenden Bürgerkriegs vergrösserte sich im Westen der Insel die sogenannte «Macuti-Town». In der slumähnlichen Siedlung liessen sich vor allem Flüchtlinge vom Festland nieder. Die öst liche Hälfte der Insel, die prächtige koloniale «Stone-Town», begann zu verfallen und das System der Zisternen war bald nicht mehr in Betrieb. Die Qualität des Wassers wurde ungenügend und auch die Hygiene war wegen der stark zunehmenden Bevölkerungsdichte gefährdet. Armut bleibt trotz sanftem Aufschwung Die kulturelle Bedeutung der Insel ging jedoch nicht vollständig vergessen. So ermöglichte der Bau einer Verbindungsbrücke zum Festland ab 1963 den Süsswassertransport vom nahe gelegenen Fluss Monapo. Und eine umfangreiche Studie der dänischen Universität Aarhus führte dazu, dass die Insel im Jahr 1991 in das Inventar des UNESCO-Weltkulturerbes aufgenommen wurde. Heute leben rund Einwohner auf der anderthalb Quadratkilometer grossen Insel. Die Monumente der Stone-Town werden in verschiedenen Projekten im Rahmen der Entwicklungszusammenarbeit geschützt und wiederhergestellt. Es hat ein sanfter «Aufschwung» der Insel begonnen, auch aufgrund ihres touristischen Potenzials. Das grundlegende Problem der Überbevölkerung und der Armut im «Macuti»-Teil der Insel ist allerdings, trotz Anstrengungen verschiedener Hilfswerke, noch ungelöst. Bachelorarbeit analysiert die Probleme Eine Bachelorarbeit im Studiengang Raumplanung von Yolanda Leyel (2008) widmete sich dieser Problematik. 6 HSR-Magazin 1 / 2011

7 Yolanda Leyel arbeitete den historischen Hintergrund der Insel auf und untersuchte die aktuellen Entwicklungsprogramme. Dabei zeigte sich, dass eine nachhaltige Erholung der Insel nur möglich ist, wenn die sozialen und infrastrukturellen Probleme der informellen «Macuti»-Siedlung gelöst werden. In der Arbeit wird ein Paradigmenwechsel in Bezug auf diese Siedlung angeregt. Dieser soll durch eine gezielte Intervention erfolgen, so auch im Bereich der Wasserversorgung und -entsorgung. Angestrebt wird ausserdem eine Veränderung in der Selbstwahrnehmung der Bevölkerung, wodurch eine Änderung im Verhalten der Bewohner, etwa im Bereich der Hygiene, ermöglicht werden soll. Die Studie zieht Kreise über die HSR hinaus In einer anschliessenden Forschungsarbeit am Institut für Raumentwicklung IRAP der HSR wurde die partizipative Planung als Instrument für die Verbesserung von informellen Siedlungen thematisiert. Dieses Projekt wird von der Koordinationsstelle für Entwicklungszusammenarbeit der Konferenz der Fachhochschulen (KFH) mitfinanziert. Die Ilha de Moçambique konnte dabei als Pilotprojekt dienen. Eine Serie von Workshops vor Ort und eine Studie zu Möglichkeiten der Abwasserentsorgung auf der Insel, erarbeitet am Studiengang Bauingenieurwesen der HSR, haben die Grundlage gebildet für eine erfolgreiche Projektbewerbung im Rahmen der «World Engineering Convention» 2011 in Genf. Die Erarbeitung eines Wasserentsorgungszentrums, kombiniert mit Sanitär- und Sportanlage, soll als interdisziplinäre Arbeit von jungen Ingenieuren an Schweizer Fachhochschulen an der Konferenz vorgestellt werden. Für die Lösungssuche kann dabei von der Zusammenarbeit sowohl mit der direkt betroffenen Bevölkerung wie auch mit den zuständigen Planungsbehörden in Mosambik ausgegangen werden. Die existentielle Bedeutung des Wassers kam in den Workshops auf der Insel seitens der direkt Betroffenen klar zum Ausdruck. Eine weitere Entwicklung der Insel setzt eine Lösung des fundamentalen Problems des sauberen Trinkwassers und der zuverlässigen Entsorgung des Abwassers voraus. Vom einstigen Glanz der Ilha de Moçambique zeugen die prächtigen Bauten aus der Kolonialzeit. In der ärmlichen «Macuti»-Siedlung der Insel ist sauberes Trinkwasser Mangelware. HSR-Magazin 1 /

8 Die Wirksamkeit von physikalischen Wasserbehandlungsgeräten lässt sich nicht mit einfachen Analysen messen. Eine Testanlage am Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik UMTEC soll Abhilfe schaffen und verbindliche Werte liefern. Kalkschutzgeräte im Härtetest von János Bode und Jean-Marc Stoll, Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik UMTEC Verkalkung kann zu Einschränkungen der Funktionsfähigkeit von Wasserleitungen, Boilern und weiteren Apparaten im Haushalt und in der Industrie führen. Es werden deshalb auf dem Markt die verschiedensten Geräte angeboten, die vor Verkalkung schützen sollen. Für die Weiterentwicklung von bestehenden Geräten beziehungsweise für die Entwicklung von neuen Geräten wurde am UMTEC ein Prüfstand aufgebaut, mit dem die Wirksamkeit von Wasserbehandlungsgeräten gemessen werden kann. Chemische Wasserbehandlungsgeräte Die zur Kalkbekämpfung am Markt angebotenen Systeme lassen sich grob in zwei beziehungsweise drei Gruppen einteilen. Auf der einen Seite gibt es sogenannte chemische Wasserbehandlungsgeräte. Dazu gehören Anlagen, die Kalzium- und Magnesium- Ionen aus dem Trinkwasser entfernen (Ionentauscher, Membranfiltration), und solche, die dem Trinkwasser Substanzen zusetzen. Die zugesetzten Substanzen maskieren die Kalzium- und Magnesium-Ionen, so dass diese nicht mehr als Kalk ausfallen können (Komplex bildner). Physikalische Wasserbehandlungsgeräte Auf der anderen Seite werden physikalische Wasserbehandlungsgeräte angeboten. Diese erzeugen kleinste Kalkkristalle, die mit dem Wasser mitgeschwemmt werden. Weil der Kalk mitgeschwemmt wird, kann er keine kompakte Kalkschicht bilden (Biomineralisation, Elektround Permanentmagnete). Etablierte Tests nur für chemische Verfahren Die Schwierigkeit bei der Entwicklung von Wasserbehandlungsgeräten besteht darin, dass die Wirksamkeit nur bei den beiden chemischen Wasserbehandlungssystemen mit chemisch-analytischen Methoden überprüft werden kann: Sowohl für die Gehaltsbestimmung von Kalzium- und Magnesium-Ionen als auch für die Messung der Löslichkeit nach Zugabe von Maskierungssubstanzen (Komplexbildner) gibt es etablierte Methoden, die unbestritten sind. Bei den physikalischen Wasserbehandlungsgeräten kann die Wirksamkeit nur durch den Einsatz in der Praxis geprüft werden. Dass dabei die Beurteilungen sehr stark divergieren können, liegt auf der Hand. Einerseits ist es fast unmöglich, neben der Kalkschutzbehandlung andere relevante Einflussgrössen über mehrere Monate konstant zu halten (z.b. die Häufigkeit und Menge des Wasserverbrauchs und dessen Temperatur). Andererseits gibt es selten Vergleichswerte, die vor dem Betrieb der Anlage gemessen wurden: Wer kennt schon die Abscheidegeschwindigkeit des Kalks auf den Heizstäben seiner Waschmaschine? Prüfungen des Schweizerischen Vereins des Gas- und Wasserfaches (SVGW) beziehen sich denn auch nicht auf die Wirksamkeit, sondern nur auf die Dichtheit der Anlagen, auf die Festigkeit sowie auf Druckverluste, Geräuschbildung und die Unbedenklichkeit der verwendeten Werkstoffe. Prüfstand am UMTEC soll Abhilfe schaffen Um die Wirksamkeit von physikalischen Wasserbehandlungsgeräten zu testen, wurde am UMTEC ein Prüfstand aufgebaut, der die Situation in einem privaten Haushalt simuliert: Aus einem Warmwasserboiler wird während dreier Wochen in definierten Intervallen Wasser bezogen. Das nachgefüllte kalte Wasser wird im Boiler wieder 8 HSR-Magazin 1 / 2011

9 erhitzt und dabei entsteht auf den Heizstäben Kalk. Nach Ablauf der drei Wochen wird der entstandene Kalk mit Säure abgewaschen und analysiert. Auch Hersteller sollen Geräte testen können In Vorversuchen wurde die sogenannte Härte des Wassers an der HSR gemessen. Diese ist ein Mass für die Menge an gelöstem Kalzium und Magnesium und wird in französischen Härtegraden (ºfH) angegeben. Dabei hat sich gezeigt, dass die Härte des Trinkwassers an der HSR einen Tagesgang zwischen 28 fh (ziemlich hart) und 34 fh (hart) aufweist. Mit diesem Wasser wird innerhalb von drei Wochen über 20 Gramm Kalk auf den Heizstäben des Boilers abgeschieden. Somit kann auf einer zweiten Prüfstrecke, die genau gleich betrieben wird wie die erste, die Situation mit einem physikalischen Wasserbehandlungsgerät untersucht werden. Fällt auf der zweiten Prüfstrecke im Vergleich zur ersten weniger als 20 Prozent Kalk aus, so gilt das Wasserbehandlungsgerät als wirksam (gemäss Arbeitsblatt W510/512 des Deutschen Vereins des Gasund Wasserfaches [DVGW]). Nachdem der Prüfstand erstellt und getestet wurde, sollen nun ungefähr zehn physikalische Wasserbehandlungsgeräte untersucht werden. Die Resultate werden dann den Finanzierungspartnern des Projekts (Bundesamt für Gesundheit [BAG] und aqua suisse) zur Verfügung gestellt, damit diese interessierte Verbraucher informieren können. Weiter ist vorgesehen, dass auch Hersteller ihre Geräte an der HSR testen lassen können. Bilder 1 und 2: Verkalktes Wasser kann Heizelementen übel zusetzen und Wasserhähne verstopfen. 1 Leitfähigkeit des Rapperswiler Leitungs wassers, das bei der Prüfung verwendet wird. 2 HSR-Magazin 1 /

10 Das Institut für Bau und Umwelt IBU greift für Forschungs - arbeiten häufig auf Modellversuche zurück. Sie liefern wichtige Erkenntnisse für Hochwasser- und Murgangschutzprojekte sowie für Gewässer renaturierungen und die Kkonstruktion von Wasserkraftwerken. Modelle geben Antwort auf Hydraulikfragen Jürg Speerli, Leiter Fachstelle Wasserbau am Institut für Bau und Umwelt IBU Die Schäden nach Hochwasser- und Murgangereignissen können gewaltige Ausmasse annehmen. So haben die Hochwasserereignisse vom August 2005 in der Schweiz sechs Todesopfer gefordert und Schäden von drei Milliarden Schweizer Franken nach sich gezogen. Vor diesem Hintergrund hat die angewandte Forschung und Entwicklung im Bereich von Naturgefahren wie Hochwasser und Murgänge stark an Bedeutung gewonnen. Aber auch im Wasser- und Flussbau sind neue Konzepte gesucht: beispielsweise zur Minderung von Schwall und Sunk also der Abflussschwankungen bei Wasserkraftanlagen. Oder für die Reaktivierung des Geschiebehaushalts bei Fliessgewässern. Diese Themen haben durch die Annahme der parlamentarischen Initiative «Schutz und Nutzung der Gewässer» zusätzliche Relevanz erhalten. Strömungsvorgänge sind äusserst komplex Entsprechend diesen Anforderungen liegen die Forschungsschwerpunkte der Fachstelle Wasserbau des IBU hauptsächlich in den Bereichen Hochwasser- und Murgangschutz, Gewässerrenaturierungen sowie Wasserkraftanlagen. Die Strömungsvorgänge, die dabei untersucht werden, sind meist hoch komplex. So werden im Hochwasserfall Geschiebe und Schwemmholz transportiert, was Erosions- und Ablagerungsprozesse zur Folge haben kann. Zudem sind durch Schwemmholz sogenannte Verklausungen also Verschlüsse bei Brücken möglich. Die Erosionsvorgänge wiederum können Ufer und Bauwerke unterspülen und Ablagerungen sowie Verklausungen können zu Überschwemmungen führen. Untersuchung im verkleinerten Massstab Auch heute noch können die Strömungsprozesse bei Geschiebe- und Schwemmholztransport nicht zuverlässig genug mit numerischen Simulationen berechnet werden. Deshalb betreibt die Fachstelle Wasserbau an der HSR modern ausgerüstete hydraulische Versuchsanlagen für angewandte Forschungs- und Entwicklungsprojekte sowie für experimentelle Studierendenar beiten. Dabei werden Strömungsvorgänge in einem verkleinerten Massstab nachgebildet und untersucht. Die Ergebnisse lassen sich schliesslich unter Anwendung eines entsprechenden Modellgesetzes auf Prototypwerte umrechnen. Vom Modell in die Praxis Solche hydraulischen Miniaturmodelle waren die Grundlage für verschiedene Projekte, beispielsweise für ein Murgangschutzprojekt am Glyssibach im Berner Oberland (HSR-Magazin 1/2007) oder für die Konstruktion einer Druckbrücke an der Lütschine für die Berner Oberland-Bahnen AG. Ebenso wurden ein Geschiebesammler und ein Schwemmholzrückhaltebauwerk an der Chiene im Kiental in hydraulischen Modellversuchen auf ihre Funktionalitäten hin geprüft und ihre Wirkungsweisen optimiert. Alle drei Projekte wurden in der Zwischenzeit realisiert und bieten der betroffenen Bevölkerung einen Schutz vor zukünftigen Murgang- und Hochwasserereignissen. Know-how für Kraftwerk in Nigeria Im Bereich Wasserkraftanlagen werden der Ausbau und die Optimierung von bestehenden Anlagen immer wichtiger. Auch hier werden komplexe Fragestellungen der 10 HSR-Magazin 1 / 2011

11 Bilder 1 und 2: Das Murgang-Ausleitbauwerk am Glyssibach in Brienz in Natur und im hydraulischen Modell. Bilder 3 und 4: Geschiebesammler und Schwemmholzrückhaltebauwerk an der Chiene im Kiental im hydraulischen Modell und in Natur. Hydraulik oftmals mit Modellversuchen beantwortet. So wurde im Glarnerland auf diese Weise die Wasserfassung Engi der SN Energie AG im hydraulischen Modell analysiert und optimiert. Das Know-how der HSR im Bereich Wasserkraftwerke ist zudem in den Bau einer Multifunktionsanlage zur Bewässerung, Wasserversorgung und Wasserkraftnutzung in Nigeria eingeflossen. Projektingenieure der Fachstelle Wasserbau haben für die Anlage Galma Damm alle hydraulischen Anlagenteile entworfen und dimensioniert. Die Regulierorgane und die Stahlwasserbauelemente wurden durch Projektingenieure des Instituts für Anlagen und Sicherheitstechnik SITEC ausgelegt und berechnet. Erkenntnisse für den Wasserbau Die erwähnten Projekte zeigen, dass das IBU auch in Zusammenarbeit mit anderen Instituten der HSR wichtige Erkenntnisse für den Wasserbau liefern kann. Die Forschungstätigkeiten können einerseits in konkrete Bauten umgesetzt werden, andererseits in Empfehlungen münden. Für zukünftige Hochwasser- und Murgangschutzprojekte sowie zur Leistungssteigerung von Wasserkraftanlagen ist dieses Wissen äusserst wertvoll. HSR-Magazin 1 /

12 Abfliessendes Regenwasser enthält zahlreiche Schmutzstoffe, die Boden und Gewässer belasten. Das Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik UMTEC forscht deshalb an wirksamen Technologien zur Behandlung von Regenwasser. Regenwasserabfluss soll sauberer werden von Michael Burkhardt, Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik UMTEC Gegenwärtig wird meistens davon ausgegangen, dass oberflächlich abfliessendes Regenwasser nicht verschmutzt ist. Eine Belastung wird eher als Ausnahme erwartet. Untersuchungen zeigen aber, dass Regenwasserabflüsse aus Siedlungsgebieten durchaus recht häufig verschmutzt sind. Zu den Belastungen zählen Schwermetalle, Mineralöle oder der Benzinzusatz MTBE. Einige der Schadstoffe werden von Metalloberflächen abgewaschen, andere vom Strassenverkehr freigesetzt. Relativ neu ist, dass in Regenwasser auch Biozide, Pflanzenschutzmittel, Flammschutzmittel, Vulkanisationsbeschleuniger oder UV-Schutzmittel enthalten sind. Beispielsweise gelangen Biozide aus Gebäudefassaden mit dem Regen in Boden und Gewässer. Über zahlreiche weitere Verschmutzungsquellen in Siedlungsgebieten gibt es keine genaueren Informationen. Behandlungsgebot für schmutziges Regenwasser Die Kantone und Vollzugsbehörden zeigen sich besorgt, dass diese Problemstoffe unkontrolliert in die Umwelt gelangen. Denn eigentlich gilt für verschmutztes Regenwasser ein Behandlungsgebot. Dabei gilt als Stand der Technik, dass verschmutztes Regenwasser mindestens über einen bepflanzten Oberboden, noch besser über eine Kombination von Ober- und Unterboden versickert wird. Neben natürlichen Oberböden haben sich künst liche Adsorbermaterialien bewährt. Diese sind vor allem wegen ihrer überschaubaren Kosten, des kontrollierten Leistungsprofils und der geringen Platzansprüche interessant. Knappe Flächenressourcen in Siedlungsräumen dürften die Nachfrage nach technischen Adsorbersystemen noch weiter erhöhen. So wurde zum Beispiel in der Gemeinde Ostermundigen (BE) eine unterirdische Behandlungsanlage errichtet, bei der die oberirdische Fläche anderweitig genutzt werden kann. Darüber hinaus ist die Anlage auch sicherer für die Bewohner des Quartiers, besonders Kinder. Denn alternativ wäre ein grosses Versickerungsbecken gebaut worden, das zeitweilig mit Wasser gefüllt ist. Bestehende Anlagen filtern nicht alle Schadstoffe Solche und andere bisher verfügbare Anlagen sind allerdings nur für Schwermetalle und ausgewählte Kohlenwasserstoffe entwickelt worden. Für andere Schadstoffe existieren noch keine befriedigenden Lösungen. Technisch erprobte und wirksame Regenwasserbehandlungsanlagen mit innovativen Filtern rücken daher in den Mittelpunkt eines nachhaltigen Boden- und Gewässerschutzes. So wird derzeit im Rahmen eines Projekts am UMTEC eine Adsorbertechnik für Pestizide und Schwermetalle ent wickelt (Pro jekt beteiligte: Michael Burkhardt, Jean-Marc Stoll und János Bode). Dabei wird im Labor die Stoffelimination getestet sowie unter realitätsnahen hydraulischen und stofflichen Bedingungen optimiert. Bessere Entfernung von Pestiziden Ziel ist es, mit der definitiven Adsorbertechnologie mehr als 90 Prozent der Schadstoffmischung zurückzuhalten. Die ausgewählten anorganischen und organischen Verbindungen sollen in jedem Fall effizienter als mit natürlichem Bodenmaterial entfernt werden. Ebenso soll durch das Vermischen und Schichten der Adsorptionsmaterialien die hydraulische Leistung verbessert werden, wobei ein gutes Durchströmen auch bei geringen Was- 12 HSR-Magazin 1 / 2011

13 Bild oben: Oberflächlich abfliessendes Regenabwasser wird oft ohne vorherige Behandlung in kleine Fliessgewässer eingeleitet. Bild rechts: Unterirdische Anlage zur Behandlung von verschmutzten Regenwasserabflüssen in der Gemeinde Ostermundigen. Durch die perforierten Rohre wird das Wasser auf einem Mischadsorber gleichmässig verteilt und versickert danach. sermengen sicherzustellen ist. Bei der Beurteilung der Materialmischungen werden die Kosten für Einbau, Unterhalt und Entsorgung berücksichtigt. Bereits jetzt lässt sich zeigen, dass kalkangereichertes granuliertes Eisenhydroxid (GEH), das für die gelösten Schwermetalle Kupfer und Zink geprüft wurde, für Pestizide wie erwartet nicht geeignet ist. Hierfür braucht es andere hochwirksame Materialien. Dazu zählt beispielsweise ein karbonisiertes mikroporöses Adsorberharz, das mehr als 99,9 Prozent der unpolaren und polaren Pestizide entfernt. Die Entwicklung einer solchen Anlagentechnik für Regenwasserbehandlungsanlagen stellt die Grundlage für neue Optionen im Boden- und Gewässerschutz dar. Projektpartner profitieren von den Daten Den erwarteten Referenzdatensatz aus den Untersuchungen können die am Projekt beteiligten Kantone und Gemeinden nutzen, um in Bauvorhaben vorgeschlagene Behandlungsanlagen für Versickerung oder Regenwasserableitung hinsichtlich deren Eliminationsleistung fachlich abgesichert zu beurteilen. Die erarbeiteten Kenntnisse sind auch geeignet, bestehende Richtlinien und Verordnungen durch neue Empfehlungen für die Massnahmenplanung zu ergänzen. Das Projekt wird gefördert vom Bundesamt für Umwelt (BAFU), von den Kantonen Bern und Zürich, vertreten durch das Amt für Wasser und Abfall (AWA) und das Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL), von den Gemeinden Ostermundigen und Lyss sowie den Firmen Watersys AG und CREABETON BAU- STOFF AG. Zusätzlich übernehmen das AWA und das AWEL chemische Analysen von Wasserproben. Fachlich begleitet wird die Studie von aqa.engineering und WST21. Die Projektpartnerschaft verdeutlicht, dass sich das geplante Vorgehen an realen Bedürfnissen orientiert und stark lösungs- und umsetzungsorientiert ausgerichtet ist. Das Projektende ist für November 2011 vorgesehen. Internationale Tagung an der HSR An der HSR findet am 24. und 25. Mai 2011 eine internationale Tagung zum Thema «Leaching of Biocides from Facade Coatings» statt. Ausgewiesene Experten aus verschiedenen europäischen Ländern berichten über Auswaschmechanismen, Risikobeurteilung und gesetzliche Anforderungen. Weitere Informationen: HSR-Magazin 1 /

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16 Zukunftsforscherin? Essen mit Mehrwert Ausgewogen essen: nicht zu kalorien-, dafür nähr- und balaststoffreich. Mit gesunden Vitaminen und Mineralstoffen. Und gut schmecken soll es auch noch. Dies ist unsere Aufgabe. Tagtäglich. Dabei bieten wir ein breites Angebot an, das eine gute Basis ist für Ihre gesunde Ernährung. Ob als Gast, dem Ernährungsfragen nicht ganz gleichgültig sind oder als Gastgeber, der einen Anlass durchführen möchte: in der Mensa der HSR sind Sie gut aufgehoben! Öffnungszeiten Montag bis Donnerstag: bis Uhr Freitag: bis Uhr SV (Schweiz) AG Mensa HSR, CH-8640 Rapperswil Telefon Wenn sich deine Gedanken nicht nur mit dem Heute beschäftigen, sondern auch in die Zukunft wandern keiten aus und mischen Innovation und Technologie zu neuen marktfähigen Produkten. können, dann laden wir dich ein an unseren Innovationsprozessen für die Welt der Zukunft teilzunehmen. Der Tätigkeitsbereich der SCS ist die Computertechnologie. Hier sind wir stark und verändern Egal wie jung oder alt du bist, wenn du Innovation als Herausforderung und Leidenschaft definierst, dann bieten wir dir bei uns im Team tolle Einstiegsmöglichkeidenken dank innovativem Querten. Willkommen in der Welt des festgefahrene Strukturen, loten das Spektrum der Möglich- innovativen Querdenkens und professionellen Umsetzens. Supercomputing Systems AG Technoparkstrasse Zürich Telefon baumpflanzung.ch relying on experience extending knowledge implementing new concepts Wurzelanker für Grossbaumpflanzung auf Tiefgarage wireless communication embedded HW/SW Baumpflanzung im urbanen Raum Alles aus einer Hand: Know-how RF & antenna design Transportgeschirr Wurzelbelüftung Wurzelschutzfolie Mykorrhiza Ballenverankerung Wurzelanker Stammschutz Beratung Neratec Solutions AG CH-8608 Bubikon Tel Abwechslungsreiche und spannende R&D Projekte... Hortima AG Büntefeldstrasse 7 CH-5212 Hausen Tel Fax ner_hsr_95x133.indd :19

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18 Ein Bericht des Bundesrats zeigt Ausmass und Ursachen des Fachkräftemangels im naturwissenschaftlichtechnischen Bereich auf und nennt mögliche Mass nahmen, wie dem Mangel begegnet werden kann. Technisches Interesse fördern von Michael Näf, Redaktion HSR-Magazin Bei den RobOlympics- Wettkämpfen erhalten Jugendliche einen spielerischen Einblick in die Robotik. Schon seit Jahren wird in der Schweiz ein Mangel an Fachleuten in den Bereichen Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) proklamiert. Letzten Herbst hat nun der Bundesrat einen Bericht zum Ausmass, den Ursachen und den Folgen des Fachkräftemangels verabschiedet. Erstellt wurde der Bericht vom Eidgenössischen Departement des Innern in Zusammenarbeit mit dem Eidgenössischen Volkswirtschaftsdepartement. Grosse Lücke zwischen Angebot und Nachfrage Im Rahmen des Berichts hat das Büro für arbeits- und sozialpolitische Studien BASS den MINT-Fachkräftemangel in der Schweiz quantifiziert. So fehlten im Oktober MINT-Fachkräfte. Und auch im März 2009 also nach dem rezessionsbedingten Einbruch der Volkswirtschaft kamen auf offene Stellen lediglich gut Stellensuchende. Zu diesem Zeitpunkt betrug die Zahl der beschäftigten MINT-Fachkräfte und die Arbeitslosenquote lag bei 1,2 Prozent gegenüber 3,4 Prozent unter allen Erwerbspersonen. Mangel ist strukturell bedingt Die Zahlen zeigen einerseits, dass der Fachkräftemangel stark konjunkturabhängig ist und in einigen Branchen die Lücke möglicherweise sogar ganz geschlossen werden kann. Sie deuten laut Bericht andererseits aber auch darauf hin, dass der Mangel an MINT-Fachkräften strukturell bedingt ist und dass sich die Lücke bei einem wirtschaftlichen Aufschwung höchstwahrscheinlich rasch wieder vergrössern wird. Die detaillierte Analyse nach Fachgebieten zeigt zudem, dass sich der Fachkräftemangel in den Bereichen Technik, Informatik und Bauingenieurwesen besonders akzentuiert. Höhere Löhne, starke Zuwanderung Der MINT-Arbeitsmarkt hat auf die Verknappung an verfügbaren Fachkräften auf zwei Arten reagiert: Zum einen stieg die Zuwanderung von Fachkräften aus dem Ausland stark an, zum anderen kann eine substanzielle Lohnsteigerung festgestellt werden. So sind gemäss den Salärumfragen von Swiss Engineering STV die realen Löhne der MINT-Fachkräfte zwischen Juni 2004 und Mai 2008 stärker gestiegen als der Durchschnitt aller Löhne (3,3 Prozent gegenüber 0,6 Prozent). Zudem haben sie auch von 2009 auf 2010 nochmals zugenommen (siehe Bericht auf Seite 24). Untermauert wird dieser Befund durch die Lohnstudien von FHSchweiz und dem Schweizerischen Ingenieur- und Architektenverein SIA. Nur moderater Zuwachs bei Studieneintritten Dennoch: Ein Einfluss der MINT-Fachkräftelücke und der Lohnerhöhungen auf die Anzahl der Studieneintritte in einschlägige Ausbildungen ist gemäss Bericht nicht direkt erkennbar. So habe die Zahl der Studierenden an universitären Hochschulen und Fachhochschulen in den letzten Jahren zwar insgesamt stark zugenommen, doch das Wachstum in den MINT-Studiengängen sei moderat geblieben und grösstenteils auf den gestiegenen Anteil Studierender aus dem Ausland zurückzuführen. Frühe Festlegung der Interessen Zukünftige Massnahmen, um die Zahl der Studieneintritte zu erhöhen, müssten gemäss Bericht bereits früh ansetzen. Denn die Interessen und die damit verbundene berufliche Ausrichtung von Jugendlichen stünden in einem hohen Grad bereits am Ende der obligatorischen Schulzeit fest. Als zentral werden in dieser Hinsicht die Fächer Mathematik, Physik und das technische Interesse ganz allgemein betrachtet: Zeigen Jugendliche 18 HSR-Magazin 1 / 2011

19 Die HSR bietet seit 2009 einen speziell für Jugendliche entwickelten Elektrotechnik- Kurs unter dem Titel «electronics4you» an. im Alter von 15 Jahren in diesen Bereichen Interesse sowie gute Leistungen und schätzen sie ihre Leistungsfähigkeit als gut ein, dann erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass sie später ein Studium im MINT-Bereich aufnehmen. Bei Jungen treffe diese Konstellation noch in einem viel höheren Mass zu als bei Mädchen. Tiefe Frauenanteile in MINT-Studiengängen Insgesamt ist denn auch der Frauenanteil in MINT-Studiengängen ausgesprochen tief. Nur sogenannt «weiche» MINT-Bereiche wie beispielsweise Chemie und Life Sciences weisen hohen Frauenanteile aus. Als Gründe, weshalb junge Frauen trotz vorhandenem Talent einen Entscheid gegen einen MINT-Studiengang fällen, nennt der Bericht einerseits eine geschlechterspezifische schulische und ausserschulische Sozialisation, das Fehlen von weiblichen Rollenvorbildern, die bei Mädchen generell tiefere Einschätzung der eigenen Leistungen und die bereits im frühen Alter inhärente Vorstellung einer schlechten Vereinbarkeit von Familie und Beruf in den MINT-Berufsfeldern. Bundesrat will handeln Dem Bundesrat ist es angesichts der Bedeutung von Forschung und Innovation für die Schweizer Volkswirtschaft ein Anliegen, das Problem des MINT-Fachkräftemangels anzugehen. Dafür müssten das Interesse für MINT auf Vorschul-, Kindergarten-, Primar- und Sekundarstufe I gefördert werden und die hierfür getroffenen Massnahmen konsequent weitergeführt werden. Der Bundesrat empfiehlt auch eine Verbesserung des Übergangs von der Sekundarstufe II in die Tertiärstufe sowie eine Sensibilisierung des in der Lehre eingebundenen Hochschulpersonals für eine stufen- und gendergerechte Vermittlung des Wissens in den MINT-Fächern. Zudem möchte der Bund die Zusammenarbeit von Universitäten, ETH und Fachhochschulen mit den Pädagogischen Hochschulen weiter fördern und spezifische Massnahmen im Bereich der Chancengleichheit prüfen. Für die Umsetzung dieser Ziele ist der Bundesrat bereit, bei der Förderung von Bildung, Forschung und Innovation in den Jahren 2013 bis 2016 «geeignete Massnahmen» zu treffen und die dafür erforderlichen Gelder zu beantragen. Aktuelle Projekte der HSR Die HSR versucht mit verschiedenen Projekten, junge Menschen für Technik und IT sowie das Bau- und Planungswesen zu begeistern. So bietet sie Patenschaften für Maturaarbeiten an, führt unter dem Titel «electronics4you» Elektrotechnik-Kurse für Jugendliche durch, veranstaltet jährlich den Roboterwettkampf «RobOlympics» und engagiert sich mit diversen Erlebnistagen für Schülerinnen und Schüler bei Ferienpassaktivitäten. Speziell zur Förderung des weiblichen Nachwuchses führt die HSR während der Sommerferien eine Informatikschnupperwoche für sekundarschülerinnen durch. HSR-Magazin 1 /

20 Our Company Elliott Turbomachinery is a leading designer and manufacturer of steam turbines and centrifugal compressors used in the petrochemical and energy industries worldwide. Elliott in Switzerland is responsible for the maintenance, upgrades and overhauls of a vast fleet of Elliott machines located in Europe, Middle East and Africa. We have extensively equipped workshops located in Italy and the UK and local offices in many of the regions in which we operate. Our operation based in Lachen, Switzerland is responsible for providing engineering and support services for teams performing maintenance and overhauls in the field. Worldwide are 1'500 people in charge for Elliott, out of them are 60 located in Lachen. Our customers include: BP, Dow, ExxonMobil, Repsol, Shell, Sabic, Statoil, Total, Yanpet and others in the refining, petrochemical and gas liquefaction industries. Job Opportunity Field Service Engineer From the heat of the Saudi Arabian desert through the humidity of the Indian jungle to the cold of the Siberian winter, you will install, commission and overhaul multistage centrifugal compressors and steam turbines in Europe, Middle East, Africa and Russia. Being a globetrotter for our company gives you the opportunity to visit many different places in the world and provides you with a vast amount of unique experiences. Your profile Languages: German, English (French and other languages an advantage) Education: Graduate in Mechanical Engineering (FH) or equivalent Personality: Ideally, we are seeking young graduate engineers who are flexible, team-oriented and adapt well to changing situations. They must be willing to travel at short notice and to spend time on sites in any of the regions we operate. Contact HR Fabienne Büttiker Address: Elliott Turbomachinery SA Feldstrasse 2 CH-8853 Lachen Tel.: +41 (0) Fax: +41 (0) Internet: Kostenlos kennenlernen: 1 Jahr gratis für Studenten und Diplomanden! Swiss Engineering STV Weinbergstrasse 41, 8006 Zürich Tel. +41 (0) , Fax +41 (0) Vernetzt sein 28 Sektionen und 24 Fachgruppen bieten ein einzigartiges Netzwerk, um Kontakte aufzubauen, Informationen auszutauschen und Gleichgesinnte kennen zu lernen. Wissen austauschen Ein breites Spektrum von Tagungen, Workshops, Schulungen und Anlässen bietet Gelegenheit, um Wissen auszutauschen und beruflich weiter zu kommen. Informiert bleiben Fachzeitschriften und Sonderpublikationen von Swiss Engineering STV sorgen dafür, dass Ingenieure und Architekten stets aktuell informiert sind. Mitmachen, Mitglied werden Weitere interessante Dienstleistungen finden Sie auf unserer Homepage Werden Sie Mitglied! Es lohnt sich. Das Netzwerk der Ingenieure und Architekten in der Schweiz.

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