05.08.2024
FORSCHUNG

Intelligente Salzburger Feuerwehrjacke schützt vor Überhitzung

Eine kühlende Feuerwehrjacke soll Einsatzkräfte unterstützen. Im Auftrag von Texport arbeitet Salzburg Research mit der Uni Salzburg an einem Prototypen. Erste Ergebnisse zeigen die Wirksamkeit.
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Salzburg Research Texport Feuerwehrjacke Sensorik Kühlende Feuerwehrjacke
Salzburg Research-Forscher Severin Bernhart und Texport-Geschäftsführer Otmar Schneider mit einem Prototyp einer intelligenten Feuerwehrjacke vor der Brandsimulationsanlage (c) Salzburg Research/wildbild

Unter einer Feuerwehrjacke schwitzt man. Meist sind Einsatzkräfte schon nach dem Anlegen ihrer 20 Kilogramm schweren Ausrüstung verschwitzt, die hohen Temperaturen bei einem Brand belasten den Körper zusätzlich. Wird immer mehr Schweiß produziert, steigt die Luftfeuchtigkeit unter der Jacke immer mehr. Bis der Körper es nicht mehr schafft, sich abzukühlen. An diesem “Kipppunkt” drohen Feuerwehrleute zu kollabieren. Eine intelligente Feuerwehrjacke will diesen Wendepunkt nun frühzeitig erkennen.

Die Forschungsgesellschaft Salzburg Research entwickelte die Jacke im Auftrag des Feuerwehrausstatters Texport und in Kooperation mit der Universität Salzburg. Eingebaute Sensoren erkennen, wann eine Person zu überhitzen droht. Ein Kühlungssystem in der Jacke wird daraufhin ausgelöst. Texport-Geschäftsführer Otmar Schneider gilt als Initiator des Projekts, er erklärt seine Beweggründe für das Forschungsprojekt so: “Meine Vision ist, Hitzestress bei Feuerwehrleuten automatisiert zu vermeiden. Denn Hitzestress führt zu verminderter Leistungsfähigkeit und im schlimmsten Fall zu einer Ohnmacht, sodass Retter selbst gerettet werden müssen.”

Sensoren eingebaut

Wie startet man ein solches Forschungsprojekt? Zunächst war es eine Herausforderung, automatisiert festzustellen, wann dieser “Kipppunkt” für Feuerwehrleute erreicht ist, an dem sie zu kollabieren drohen. Für eine erste Laborstudie wurden daher Sensoren in die Textilien eingearbeitet, die Schweiß und Luftfeuchtigkeit in der Jacke schätzen sollten. Die Studienteilnehmer:innen mussten mit Schutzanzug, Helm und Sauerstoffflasche in die Sauna und anschließend aufs Laufband. Danach mussten sie Fragen für einen kognitiven Test beantworten.

Severin Bernhart vom Forschungsinstitut Salzburg Research, das auf Bewegungsdatenanalyse spezialisiert ist, erklärt: “Dadurch wollten wir herausfinden, mit welchen Sensoren und Parametern wir den Hitzestress zuverlässig ermitteln können und wo diese Sensoren am besten angebracht werden sollten.” Mit diesen Daten konnten sie einen Algorithmus trainieren, der den Zeitpunkt des “Kipppunkt” berechnen kann. Ein erster Prototyp der Jacke wurde gebaut.

Tropenklima unter der Feuerwehrjacke

Das Gefühl unter einer Feuerwehrjacke könne man sich wie in den Tropen vorstellen, sagt Severin Bernhart. Durch den vielen Schweiß wird die Luft unter der Jacke immer feuchter, bis sie irgendwann gesättigt ist. Dann funktioniert das körpereigene Kühlsystem nicht mehr und die Körperkerntemperatur steigt immer weiter. An diesem Punkt steigt das Risiko der Dehydrierung und eines Kollaps. Hier kommen nun die textilen Sensoren in der Jacke ins Spiel: Sie können die Menge an Schweiß und die Luftfeuchtigkeit in der Jacke grob messen und das Startsignal für das Kühlsystem geben.

Bernhart folgt dem Vergleich von vorher, die Kühlung sei wie “wenn man trockene Luft aus Sibirien in die Tropen hineinpustet”. Trockene, frische Luft werde über textile Luftschläuche in Impulsen in die Jacke geleitet. Die Luft stammt aus einer kleinen “Sodastream-großen” Sauerstoffflasche. Man müsse sehr sparsam mit der Luft umgehen, erreiche aber durch die regelmäßigen Luftimpulse dennoch einen Kühlungseffekt.

In drei Jahren am Markt

Bisher waren die Prototypen-Tests in der Brandsimulationsanlage sehr erfolgreich. Die Testpersonen hätten die Kühlung als sehr angenehm beschrieben. Jannic Wälde von der Universität Salzburg war mit den objektiven Messungen betraut. Ob eine steigende Körpertemperatur wirklich verhindert werden konnte, ist derzeit noch nicht klar. Die Auswertung läuft noch. Würden sich die Vitalparameter der Feuerwehrleute tatsächlich verbessern, wäre das ein wichtiger Schritt hin zu sichereren Einsätzen. Denn bei Hitzestress verhalten sich Menschen risikobereiter, impulsiver, treffen möglicherweise falsche Entscheidungen und überschätzen ihre körperliche Leistungsfähigkeit.

Bernhart sieht auch großes Potential am weltweiten Markt für Feuerwehrausrüstung. In den USA herrschen zum Beispiel strengere Auflagen als in Österreich, die Feuerwehrkleidung kann dort mit bis zu 35 Kilogramm knapp doppelt so viel wiegen wie hierzulande. Das führe auch zu viel mehr kollabierenden Feuerwehrleuten in den USA. Hier könnte die kühlende Feuerwehrjacke Abhilfe schaffen.

Bernhart hofft, in einem Folgeprojekt die Sensorik und Kühlung weiter zu verbessern. In den bisherigen Feldmessungen wurde die Kühlung halbautomatisch ausgelöst, das soll in Zukunft vollkommen automatisch möglich sein. Laufen die weiteren Tests so erfolgreich wie bisher, könnte das System in drei Jahren auch in realen Einsätzen verwendet werden. Und für weniger Schweiß unter der Feuerwehrjacke sorgen.

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Die Verwendung von Kohlefaser in der Industrie hat in den letzten Jahren stark zugenommen – insbesondere in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Automobilbau und der Windenergie. Kohlefaser überzeugt durch ihre hohe Festigkeit bei geringem Gewicht, doch ihre Herstellung ist ressourcenintensiv und teuer. Ein großes Problem stellt der hohe Verschnitt bei der Produktion dar: In der Industrie landen im Durschnitt bis zu 30 Prozent der Rohstoffe im Abfall. Diese Materialverluste sind nicht nur ökonomisch ineffizient, sondern auch aus ökologischer Sicht problematisch, da Kohlefaser biologisch nur schwer abbaubar ist.

Carbon Cleanup setzt auf KI

Das 2020 gegründete Linzer Startup Carbon Cleanup rund um Gründer Jörg Radanitsch hat sich diesem Problem angenommen und zum Ziel gesetzt, Kohlenstofffasern aus Industrieabfällen aufzubereiten und wiederverwendbar zu machen. Konkret hat das Startup eine mobile Aufbereitungsanlage entwickelt, um Carbonfasern direkt vor Ort beim Kunden aufzubereiten. 

Zum Herzstück der Anlage gehört nicht nur die mechanische Aufbereitung der Kohlenstofffasern. Im Hintergrund läuft auch eine Software, die eine KI-gestützte visuelle Erkennung der zugeführten Rohstoffe ermöglicht.

“Wir haben ein KI-generiertes Datenblatt entwickelt, das automatisch die Charakteristika von eingehendem Material erkennt und den Wert des Rezyklats bestimmt“, so Radanitsch. “Bevor das Material in unsere Anlage kommt, wissen wir schon, welche mechanischen Eigenschaften es haben wird. Das ist entscheidend für die Qualität und den Marktwert des Endprodukts.”

Gründer Jörg Radanitsch | (c) Carbon Cleanup

Entwicklung der zweiten Generation an Anlagen

Während die erste Anlage des Unternehmens für R&D-Zwecke dient und über eine Kapazität von 30 Tonnen pro Jahr verfügt, konnte das Unternehmen über den Sommer eine zweite Anlage in Betrieb nehmen. „Unsere zweite Anlagengeneration ist im August fertiggestellt worden. Die Produktionskapazität ist dreimal so hoch wie bei unserer ersten Anlage. Damit sind wir jetzt in der Lage, deutlich mehr und auch verschiedene Kompositabfälle zu verarbeiten.“

Besonders stolz ist Radanitsch auf die gestiegene Materialqualität: „Das neue Aggregat ist viel stärker, was uns mehr Flexibilität bei der Verarbeitung der Materialien gibt. Wir können jetzt eine Vielzahl an Abfällen effizienter recyceln, was die Qualität der Produkte erheblich verbessert.“

Ein wichtiger Baustein für den Erfolg von Carbon Cleanup war die Unterstützung durch die Austria Wirtschaftsservice (aws). “Das Seed-Financing der Austria Wirtschaftsservice hat uns erlaubt, nicht nur unsere Forschung und Entwicklung voranzutreiben, sondern auch in Marketingaktivitäten zu investieren, die für uns als Hardware-Startup besonders wichtig sind“, erklärt Radanitsch.

Luftfahrtindustrie und Kooperation mit KTM Technologies

Eine der spannendsten Entwicklungen bei Carbon Cleanup ist der Einsatz ihrer recycelten Materialien im 3D-Druck, besonders in der Luftfahrtindustrie. “Wir liefern im Tonnenmaßstab Kunststoffgranulate, die mit unserer Rezyklatfaser verstärkt sind. Diese werden in großen 3D-Druckern verwendet, um Formen zu bauen, die dann für die Produktion von Flugzeugteilen genutzt werden”, so der Gründer.

Zudem arbeitet Carbon Cleanup mit dem österreichischen Motorradhersteller KTM zusammen. Gemeinsam arbeiten beide Unternehmen an einem geschlossenen Materialkreislauf, bei dem Post-Consumer- und Post-Industrial-Abfälle von KTM Technologies recycelt und für die Herstellung neuer Bauteile genutzt werden. Spezifisch handelt es sich um das Recycling der Teile des Rennmodells “X-Bow GT2”, dessen Rahmen zu 100 % aus Carbonfasern besteht. Durch Unfälle entsteht eine große Menge an beschädigtem Material, das normalerweise als Abfall betrachtet wird. Mit der Partnerschaft von KTM und Carbon Cleanup wird dieses Material zurück in den Kreislauf gebracht. 

(c) Carbon Cleanup

“KTM Technologies war von Anfang an ein Vorreiter. Sie testen unsere recycelten Materialien bereits erfolgreich in ihren Motorrädern“, betont Radanitsch.

Das Besondere an dieser Kooperation ist das sogenannte Closed-Loop-Material, das zu 100 Prozent aus dem Abfallstrom von KTM Technologies besteht. „Die Herausforderung ist, die Materialien zirkulär zu sammeln und in die Produktion zurückzuführen. Das Sammeln und die Qualität sind dabei entscheidend. Aber wir haben gezeigt, dass wir sogar leistungsfähigere Materialien aus Abfall herstellen können”, so der Gründer.

(c) Carbon Cleanup

Die nächsten Schritte von Carbon Cleanup

Das Geschäftsmodell von Carbon Cleanup basiert derzeit auf zwei Einnahmequellen: Zum einen bietet das Unternehmen Kunden einen Recycling-Service an, bei dem diese für die umweltgerechte Entsorgung des Materials bezahlen. Dafür wurde eine eigene Logistikstruktur aufgebaut. Zum anderen werden die Faserverbundkunststoffe an weitere Abnehmer verkauft. Derzeit liefert das Startup 98 Prozent der aufbereiteten Granulate ins Ausland. “Für eingehendes Material sind die Hauptmärkte neben Österreich vor allem Deutschland und Italien. Der Materialzufluss ist für uns derzeit jedoch kein Engpass, sodass wir gezielt das für uns passende Material auswählen können”, so der Gründer abschließend.


*Disclaimer: Das Startup-Porträt erscheint in Kooperation mit Austria Wirtschaftsservice (aws)

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