Forschung

7 Dezember 2018IDM

Von der Sahara bis zum Everest: Vorhang auf für die „Wundermaschine“ terraXcube

Die Einrichtung von Eurac Research simuliert die extremsten Klimabedingungen auf dem Planeten und wurde vor Kurzem im NOI Techpark in Bozen eröffnet. Ganze 7 Millionen Euro wurden in das Projekt investiert. „Außergewöhnliche Möglichkeiten für die Forschung“

Von der Gluthitze der Sahara bis zu den Schneestürmen am Mount Everest: Der NOI Techpark, der vor etwas mehr als einem Jahr im Industriegebiet Bozen Süd eröffnete Technologiepark, heißt den terraXcube willkommen, eine Einrichtung, die die extremsten Klimabedingungen auf dem Planeten Erde simulieren kann. Ein Juwel, entstanden auf Initiative von Eurac Research und finanziert von der Autonomen Provinz Bozen mit sieben Millionen Euro, das bereits als „Wundermaschine“ bezeichnet wurde. In den terraXcube hineinzugehen, ist in der Tat ein wenig so wie das Einsteigen in eine Zeit- und Raummaschine, mit der man sich auf eine Reise begibt, bei der nichts so ist, wie es scheint. Deshalb: angeschnallt! Erster Halt: das große Eis. 

„Hier drinnen können wir die Temperatur auf -40 Grad senken, es 50 Millimeter pro Stunde schneien lassen und bis auf 9.000 Meter ‚hochgehen‘“

„Der Large Cube ist die spektakulärste Klimakammer dieser Infrastruktur, die rund um den Globus ihresgleichen sucht. Hier geschieht das kaum Vorstellbare“, erklärt Christian Steurer, Leiter des Zentrums terraXcube bei Eurac Research.  „Während draußen die Sonne scheint, können wir im Inneren Windböen erzeugen, die Sauerstoffkonzentration der Luft verändern, die Temperatur auf -40 Grad senken, es 50 Millimeter pro Stunde schneien lassen oder 60 Millimeter pro Stunde regnen, auf 9.000 Meter über den Meeresspiegel ‚hochgehen‘ und den Luftdruck atemberaubend erhöhen oder senken: Also Extremsituationen simulieren, in denen Forscher Industrieprodukte testen und fortschrittliche Experimente ökologischer und medizinischer Natur durchführen können.“

„Außergewöhnliche Möglichkeiten für die alpine Notfallmedizin“

terraXcube bietet für viele Bereiche außergewöhnliche Möglichkeiten, etwa für die alpine Notfallmedizin. Was in der höhenmedizinischen Forschung bislang fehlte, war die Reproduzierbarkeit, die Wiederholung eines Tests unter gleichen Bedingungen. „Nun können wir endlich reproduzierbare Experimente in großer Höhe durchführen, die aussagekräftige Ergebnisse bei der Erforschung von Hypoxie – Sauerstoffmangel – und ihren Auswirkungen auf den menschlichen Organismus liefern", sagt Höhen-Notfallmediziner Hermann Brugger von Eurac Research. Brugger fügt überdies an, dass in der Hauptkammer des Extremklimasimulators – sie ist so groß, dass sich selbst ein Riese wie eine Pistenraupe darin einfach bewegen kann! – Versuche mit bis zu zwölf Teilnehmern und drei Forschern durchgeführt und über einen Zeitraum von maximal 45 Tagen „untergebracht“ werden können. Und das bei einer Umgebung, in der alle Arten von Bedingungen für Tests nachgebildet werden können. Sogar eine Kletterwand, an der die für die Bergrettung typischen physiologischen Belastungen reproduzierbar sind, gibt es. Darüber hinaus ist eine Druckkammer vorhanden, in der ein schneller Druckabfall simuliert werden kann, 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. 

„Hier können wir die Auswirkungen des Klimawandels auf die Ökosysteme in einer realistischen Umgebung untersuchen“

So, sind nun alle bereit für den zweiten Halt? Den Small Cube! Dieser besteht aus vier Klimakammern, die die Umweltbedingungen der Alpen wiedergeben. Die Luftfeuchtigkeit variiert von zehn bis 100 Prozent, die Temperaturen von -40 bis +60 Grad, die Einstrahlungsbedingungen von Sonnenlicht an jedem Ort der Welt können künstlich nachgebildet und weitere Umweltparameter zeitgleich imitiert werden, was unzählige wissenschaftliche Szenarien ermöglicht. „Wir können die Auswirkungen des Klimawandels auf die Ökosysteme in einer realistischen Umgebung untersuchen und Antworten auf Fragen finden, die angesichts der Auswirkungen des Climate Change für die Zukunft immer wichtiger werden", sagt der Biologe Georg Niedrist. 

„Mehr als 30 Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus der ganzen Welt haben bereits Interesse am Extremklimasimulator gezeigt“

Neben medizinischen und biologischen Versuchen können dank der einzigartigen Voraussetzungen im terraXcube auch industrielle Test einen entscheidenden Schritt nach vorne machen. Mehr als 30 Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus Europa – und mit der University of Stanford auch eine aus den USA – haben bereits Interesse am Extremklimasimulator gezeigt. Die Anwärter stammen aus den verschiedensten Bereichen: Automotive (etwa Erprobung von Kaltstartvorrichtungen, Enteisung von Windschutzscheiben, Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums, Funktionstests des Hydrauliksystems), Testflüge von Drohnen in großen Höhen oder bei sehr hohen oder sehr tiefen Temperaturen, Landwirtschaft und Umwelt (beispielsweise kann das Wachstum diverser Pflanzenarten unter bestimmten Umweltbedingungen überprüft werden oder Verfahren zur Maximierung der Ernte identifiziert) oder auch die Textilbranche. „Wir werden nicht nur Wissenschaftlern aus aller Welt sondern auch internationalen, nationalen und Südtiroler Unternehmen die Möglichkeit bieten, ihre Experimente durchzuführen und ihre Produkte zu testen, und werden damit die Brücke zwischen Forschung und Wirtschaft verstärken“, führt Roland Psenner, Präsident von Eurac Research, aus und erinnert daran, dass unter den Unternehmen, die bereits darauf warten, terraXcube nutzen zu dürfen, die Oberalp-Gruppe und Prinoth sind.

„Technische Bekleidung und Ausrüstung können ihre Eigenschaften ändern, wenn sie extremen Temperaturen ausgesetzt sind. Aus diesem Grund werden es uns die präzisen Umwelttests und -simulationen ermöglichen, immer leistungsfähigere Produkte zu entwickeln, die in jeder Situation maximalen Komfort und Funktionalität garantieren", unterstreicht Gianluca Accardi von der Oberalp Group. Und Martin Kirchmair, Head of R&D von Prinoth, erklärt: „Wir sind es von jeher gewohnt, unsere Tests nur im Winter und nur im Freien durchzuführen, doch mit dieser neuen Einrichtung können wir unsere Maschinen nun das ganze Jahr über direkt in Bozen testen – mit erheblichen wirtschaftlichen und organisatorischen Vorteilen.“

Im neuen Jahr soll die futuristische, mehr als 1.000 Quadratmeter große Infrastruktur, deren Planung vor sieben Jahren begonnen hat, die dann aber in etwas mehr als einem Jahr effektiver Bauzeit errichtet wurde, Forschungseinrichtungen und Unternehmen uneingeschränkt zur Verfügung stehen. „Nicht nur unsere Unternehmen, die in Sektoren wie den alpinen Technologien bereits stark sind, werden dadurch international wettbewerbsfähiger“, betonte Südtirols Landeshauptmann Arno Kompatscher, „Die Innovationsfähigkeit des gesamten Südtiroler Wirtschafts-Ökosystems wird weiter ausgebaut und allen, die es wünschen, zur Verfügung gestellt werden."

Fact Sheet

TerraXcube, eine einzigartige Einrichtung, wurde von der Autonomen Provinz Bozen mit sieben Millionen Euro finanziert. Der Extremklimasimulator, für den 900 Tonnen Beton verbaut wurden, umfasst 1.240 Quadratmeter, die in zwei Bereiche unterteilt sind: den Small Cube und den Large Cube. Die Klimakammern stehen Forschungseinrichtungen und Unternehmen für ihre Experimente und Tests zur Verfügung. Simuliert werden können bis zu 9.000 Höhenmeter, Temperaturen von -40 bis +60 Grad Celsius, bis zu 60 Millimeter Regen pro Stunde können fallen gelassen werden oder 40 Millimeter Schnee, und dank 1 MW elektronischer Leistungsstärke können Windböen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 Metern pro Sekunde entstehen.

Der Large Cube besteht aus einem Simulationsraum, einem Ambulatorium, einem Kontrollraum, einer Druckluftschleuse und sanitären Einrichtungen. Er hält einer Belastung von bis zu 40 Tonnen stand, und es ist möglich, mehrere Umweltparameter zeitgleich zu kombinieren, um Szenarien mit diversen Einflussfaktoren zu simulieren. Im Large Cube können Tests von bis zu 45 Tagen Länge mit maximal zwölf Teilnehmern und drei Forschern durchgeführt, sowie Maschinen im Format von 4 Meter x 3,6 Meter x 10 Meter getestet werden. Der Large Cube verfügt zudem über eine Kletterwand, ein Laufband und einen Fahrradergometer sowie ein Audio- und Videosystem. Die Testpersonen können über Sensoren kontinuierlich medizinisch überwacht werden, sodass Informationen über Herzaktivität, Sauerstoffsättigung, Blutdruck und Körpertemperatur vorliegen. Zwischen Simulations- und Überwachungsraum besteht Sichtkontakt; die beiden Räume sind aber auch über eine Durchreiche für kleine Gegenstände miteinander verbunden. Durch die Druckluftschleuse ist es möglich, die Simulationskammer ohne Dekompression zu betreten bzw. zu verlassen. In diesem Bereich kann ein sehr schneller Druckabfall erreicht werden, der jenem von Luftrettungseinsätzen im Hochgebirge entspricht. 

Der Small Cube besteht aus vier unabhängigen kleineren Simulationskammern, von denen jede die Umweltbedingungen des Alpenraumes simulieren kann, und die über eine gemeinsame Luftschleuse zugänglich sind. Hier können Langzeitversuche von bis zu sechs Monaten Dauer durchgeführt werden, mit der Möglichkeit zeitgleich verschiedene Umweltbedingungen nachzubilden, um Szenarien mit verschiedenen Einflussfaktoren zu simulieren. Die Parameter können für jeden Bereich unabhängig gesteuert werden.