Zukunftstechnologie Intelligente Verpackungen

Zukunftstechnologie Intelligente Verpackungen – Der Hürdenlauf der Forschung - Direkte Ablesbarkeit der Lagerbedingungen von Lebensmitteln – Nanofilmprozessoren enthüllen Verderbnis-Indikatoren
Bald ein Hit im Supermarkt? - Ein Film über den Verfall

Zum Forschungsziel übers Gewinnspiel

Von Annegret Handel-Kempf

Angst vor verdorbenen Lebensmitteln, dem daraus resultierendem Bauchgrimmen und Schlimmerem, veranlasst viele Menschen eigentlich noch Essbares in den Müll zu werfen. Mindestens so sensibel wie die Frage nach der Frische von Essen, sind Medikamente, Impfstoffe und Blutkonserven. Ein Forscher von der Uni Münster hat drei seiner Erfindungen zu intelligenten Verpackungs-Indikatoren alltagstauglich gemacht und arbeitet nun an ihrer krönenden Symbiose.

Billige und bedingungslos bildhafte Frische-Abbildung – so lässt sich das Forschungsziel des Professors von der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) für clevere Folien-Etiketten in Kürze beschreiben. Auf speziellen Plastikfolien soll sich von selbst eine Temperaturkurve schreiben, aus der man ablesen kann, ob ein Produkt im Laufe der Zeit Temperaturschwankungen ausgesetzt war. Das Besondere daran, das den sicheren, flexiblen und mobilen Einsatz überhaupt erst möglich macht: Batterielos.

„Damit können sie sogenannte Temperatur-Logger mit Display ersetzen, die auf konventioneller Elektronik beruhen und rund 200 Euro kosten", erzählt ihr geistiger Vater, Meinhard Knoll.

Um diese Funktionsweise zu erreichen, entwickelte der Spezialist für Physikalische Chemie sogenannte „Thermograph-Nanofilmprozessoren“. Seine Arbeitsgruppe am Centrum für Nanotechnologie (CeNTech) in Münster ist die einzige Gruppe weltweit, die diese Prozessoren erforscht und weiterentwickelt - der WWU-Professor ist der Erfinder dieser patentierten Technik. „Nanofilmprozessoren verkörpern eine völlig neue Form der Elektronik, die ohne Batterie arbeitet“, betont Knoll, der auch in fortgeschritteneren Forscherjahren noch sichtlich für den Fortschritt glüht.

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Über viele Jahre tüftelte das Team des Professors im Labor daran, praxis- und vor allem auch marktgerechte Produktkonzepte aus Knolls Technologie der Nanofilmprozessoren zu entwickeln. Besonders Impfstoffe etwa sind ein extrem empfindliches Produkt. Damit sie in einwandfreiem Zustand beim Patienten ankommen, müssen sie ohne Unterbrechung bei vorgeschriebener Temperatur gekühlt werden. Sie stellen eines der Anwendungsszenarien der vierten und vorerst finalen Stufe von Knolls Technologie-Pipeline dar (siehe auch Interview).

Drei Produktkonzepte gingen den cleveren Folien-Etiketten voran. Wie eine Uhr funktioniert ein Temperatur-Zeit-Integrator, der am Anfang stand. Wird es wärmer, läuft die „Uhr“ schneller. Die ersten Labormuster des Jahres 2010 sollten in eine industrielle Produktentwicklung zum elektronisch verfeinerten Mindesthaltbarkeitsdatum überführt werden. - Notwendige Voraussetzung, um einen Produktionsaufbau mit einigen Milliarden Stück pro Jahr angehen zu können, der in diesem Fall aber nicht auf Anhieb klappte.

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Weil immer mehr über Sinn und Unsinn des seit mehr als 30 Jahren vorgeschriebenen Mindesthaltbarkeitsdatums diskutiert wurde, entwickelte Knoll drei Jahre nach dem Temperatur-Zeit-Integrator ein weiteres Produktkonzept für intelligente Verpackungen.

Dieses zeigt die Zeit nach dem Öffnen einer Lebensmittelverpackung an – unabhängig von der Temperatur. Gerade bei Milch und Fruchtsäften fragen sich Verbraucher öfter, wie lange die empfindlichen Lebensmittel schon offen und noch trinkbar sind. Doch auch diese Erinnerungshilfe schaffte es nicht direkt auf die Tetra-Packs.

Nachdem ein drittes Konzept, ein Gewinnspielprozessor als Werbemittel, entwickelt worden war, klappte es auch mit den anderen Ideen. Beim „Promotion Monitor“ erscheint ein Gewinn nicht direkt nach dem Kauf, sondern zeitversetzt in einem vordefinierten Zeitraum. Diese Anwendungsidee ließ sich gut vermarkten. Somit war die Basis fürs Einbringen der Technologie in eine industrielle Produktentwicklung und einen industriellen Produktionsaufbau geschaffen.
Die technologische Umsetzung der neuartigen Nanotechnologie unter dem Markennamen „Open Monitor“ konnte mit Hilfe der Gewinnspiel-Wiese und eines industriellen Marketingpartners risikoarm erprobt werden – zugleich als Grundlage für die anderen, eigentlich früheren Produktkonzepte, die den Gewinnspielprozessoren unter den Namen „Time Monitor“ und „Temperature Monitor“ nun folgen werden.

Damit aber nicht genug. Als jüngstes Produktkonzept nahm sich das Team von Knoll einen „Thermographen“ (siehe Interview) vor. Dieser zeichnet eine Temperaturkurve als Funktion der Zeit auf.

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„Ein verfrühtes Wegwerfen der Lebensmittel wird reduziert“
Während Hersteller befürchten, dass intelligente Verpackungen die Verbraucher davon abhalten, nach ihren Produkten zu greifen, hoffen Verbraucherschützer auf mehr Sicherheit und Qualität, die Politik auch auf weniger Abfall. Das Thema „Frische-Signale“ geht im Gesundheitsbereich noch viel weiter.  

Die Reporterin fragte deshalb bei Professor Meinhard Knoll vom Institut für Physikalische Chemie und Centrum für Nanotechnologie in Münster näher nach:

Herr Professor Knoll, ist bereits klar, ob eine industrielle Produktion der Etiketten möglich sein wird? Ist es mittlerweile umsetzbar, die Temperaturentwicklung über einen längeren Zeitraum auf einem Chip aufzuzeichnen und klar erkennbar abzubilden?

Prof. Dr. Meinhard Knoll: Ja. Hier geht es um das elektronische Mindesthaltbarkeitsdatum. Es zeigt das Temperatur-Zeit-Integral an. Wenn der für das betreffende Lebensmittel zulässige Wert überschritten wird, kann dieses abgelesen werden. Die Laufzeiten können so eingestellt werden, dass sie zwischen wenigen Tagen und Wochen liegen.
Inzwischen hat sich die Diskussion um ein elektronisches Mindesthaltbarkeitsdatum dahingehend verändert, dass mit diesen neuen technischen Mitteln die großzügige Sicherheitsspanne beim herkömmlichen Mindesthaltbarkeitsdatum verringert werden kann, und damit verfrühtes Wegwerfen der Lebensmittel reduziert wird.
 
Wo sollen die Etiketten eingesetzt werden, gibt es bereits Interessenten beziehungsweise konkrete Anwender?
Ja. Hauptanwender sind Lebensmittel-Hersteller und -Verpacker: Milch und andere. Konkrete Geschäftsbeziehungen zwischen unseren Industriepartnern und diesen Anwendern sind in der Anbahnung.
 
Magenbeschwerden nach dem Essen von Lebensmitteln wie Fisch, die eigentlich einer geschlossenen Kühlkette bedürfen, sind keine Seltenheit. Können Verbraucher künftig an der Plastikverpackung ablesen, ob sie das das darin verpackte Lebensmittel ohne Bedenken essen können? Können Ihre Nanofilm-Prozessoren das Mindesthaltbarkeits-Datum sinnvoll ergänzen beziehungsweise korrigieren?

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Welche Vorteile hätte ein Einsatz Ihrer Etiketten bei Medizinprodukten, Medikamenten und Blutkonserven?

Hier ergeben sich die gleichen Vorteile wie im Bereich der Lebensmittel. Allerdings ist das Risiko bei diesen Produkten sehr viel größer. Darum sollen zunächst der Lebensmittelmarkt bedient und Erfahrungen gesammelt werden.
 
Was werden die Etiketten etwa kosten?
Die Preise sind stückzahlabhängig. Im Lebensmittelbereich werden sie im unteren einstelligen Eurocent-Bereich liegen. Für Medizinprodukte wird er höher sein.
 
Was unterscheidet Ihre Erfindung von vergleichbaren Technologien nach Stand der Technik?
Eine vergleichbare Technologie, die all diese Produktkonzepte ermöglicht, ist nicht bekannt.
Technologien für einzelne Funktionen sind bekannt. Aufgrund ihrer Schwächen bereiten diese Technologien uns keine Sorgen.

Interview: Annegret Handel-Kempf

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Text: Annegret Handel-Kempf
Fotos: Bildagentur Zoonar