Ausgeklügelte technische Systeme auf engstem Raum
In vier solchen abgeschiedenen Regionen in Afrika haben sich die Gesundheitseinrichtungen in den vergangenen Monaten massiv verbessert. Auf dem Gelände dieser Spitäler und Apotheken stehen weisse, einfache Container. Von aussen unscheinbar, beherbergen sie im Inneren ausgeklügelte technische Systeme auf engstem Raum, entwickelt von einem internationalen Forschungsteam aus dem Projekt SophiA. SophiA steht für Sustainable Off-grid Solutions for Pharmacies and Hospitals in Africa, also nachhaltige netzunabhängige Lösungen für Krankenhäuser und Apotheken in Afrika. Das Ziel war es, Gesundheitszentren in ländlichen Regionen Afrikas zuverlässig mit Strom, sauberem Trinkwasser, Kälte und Wärme zu versorgen. Das System sollte autark, umweltfreundlich und nachhaltig sein und sich problemlos in die bestehenden Spitäler und Apotheken integrieren lassen.
Unter Federführung der Hochschule Karlsruhe (HKA) wurde 2021 ein Konsortium von 13 Partnern aus Europa und Afrika, darunter Hochschulen, Forschungsinstitute, Unternehmen und NGOs, gegründet. Die EU hat das auf vier Jahre angesetzte Projekt mit acht Millionen Euro unterstützt. Die OST und insbesondere das SPF Institut für Solartechnik waren im internationalen Team für den gesamten Bereich der Solartechnik verantwortlich. «Auch die Lebenszyklus-Analyse und das Energiemanagement fielen in unsere Zuständigkeit», erklärt Mihaela Dudita-Kauffeld vom SPF. Sie war Co-Leiterin des Gesamtprojekts und koordinierte das SophiA-Team der OST. «Neben der Solartechnik haben wir sozusagen das Hirn des gesamten Systems entwickelt: das übergeordnete Netzwerk, das mit allen Einzelsystemen kommuniziert, sie steuert und entscheidet, wo Energie wie eingesetzt oder gespeichert wird.»
Hitze und Eis als Energiespeicher
Das System ist modular aufgebaut und kann an die Bedürfnisse vor Ort angepasst werden. Photovoltaikanlagen auf dem Dach und dem Gelände sorgen für eine unabhängige, CO2-neutrale Stromproduktion. Eine mit Solarenergie betriebene Wasseraufbereitungsanlage im Container stellt deionisiertes Wasser und sauberes Trinkwasser im grossen Stil zur Verfügung. Zudem wird ein Teil der produzierten Energie für Tage mit weniger Sonneneinstrahlung gespeichert: einerseits in Form von Wärme (bei hoher Temperatur in einem Metallblock), andererseits in Form von Eis. Zusätzlich stehen Batterien zur Verfügung. Der heisse Metallblock kann Dampf zum Kochen und zum Sterilisieren von beispielsweise Operationsbesteck generieren. Das erzeugte Eis kann den Normalkühlraum kühlen. Ein dreistufiges Kältesystem erzeugt tiefere Temperaturen. Die Kälteanlagen verwenden dabei ausschliesslich natürliche Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial und ohne umweltschädliche Abbauprodukte im Fall eines Lecks.
Die entwickelten Container werden von einem lokalen Unternehmen in Südafrika gebaut – zu Beginn mit Unterstützung von Mitarbeitenden des SPF. «Wir haben einen Leitfaden erstellt, der es lokalen Unternehmen ermöglicht, ähnliche Systeme vor Ort selbst zu bauen», beschreibt Mihaela Dudita-Kauffeld den Open-Source-Ansatz. Zudem hat das SophiA-Team ein Train-the-Trainers-Programm entwickelt und lokale Fachkräfte ausgebildet, die ihr Wissen jetzt selbst weitergeben.
Pilotanlagen erfolgreich im Einsatz
Heute stehen Pilotanlagen in Burkina Faso, Kamerun, Uganda und Malawi – bewusst in Regionen mit unterschiedlichen klimatischen Bedingungen. Anfangs war je ein Container für die Kühlung und einer für die Wasseraufbereitung nötig, im Verlauf des Projekts konnte das Team die beiden Systeme in einem Container kombinieren. Zudem sind in allen Ländern auch sogenannte PVmedPorts für Strom und/oder Kühlung im Einsatz: Das sind kleine Stationen, die für Wartende Schatten spenden, den Gesundheitseinrichtungen Strom liefern und in einer etwas grösseren Ausführung auch ein Kühlsystem beherbergen – vor allem für Apotheken ein sehr wichtiger Fortschritt.
«Wir sind sehr zufrieden mit den Resultaten. Die Anlagen sind erfolgreich im Einsatz und bewähren sich», fasst Mihaela Dudita-Kauffeld die Ergebnisse zusammen. Sie und ein Teil des SophiA-Teams arbeiten bereits an Anträgen für Folgeprojekte. «Die modularen Lösungen könnten auch in anderen Regionen der Welt eingesetzt werden. Wir denken beispielsweise an tropische Regionen, aber auch an die Ukraine.»
Summer School für Nachhaltigkeit gegründet
«SophiA hat das Potenzial, die Lebensbedingungen der Menschen in den Einsatzgebieten langfristig und nachhaltig zu verändern», sagt Nicholas Kiggundu, Professor an der Makerere University in Uganda, zur Wirkung des Projekts. Als lokaler Partner hat er den Aufbau der Pilotanlagen in Uganda und Malawi organisiert und betreut. «Die Herausforderungen waren immens, sehr vielseitig und komplex», erzählte er im Herbst an der OST in Rapperswil-Jona. Er war als Gastprofessor zu Besuch an der internationalen Summer School für Nachhaltigkeit i3s, die ebenfalls aus dem SophiA-Projekt entstanden ist. Der internationale Austausch – auch unter Studierenden – ist ein zentrales Anliegen von SophiA. Rund 60 Studierende aus 15 Ländern diskutierten in Rapperswil-Jona Lösungen für nachhaltige Entwicklung, neue Technologien und internationale Zusammenarbeit. 2026 wird die i3s an der Hochschule Karlsruhe stattfinden.
Nicholas Kiggundu stellte den Studierenden SophiA vor. Er sieht im Projekt weit mehr als einen Fortschritt, der die nachhaltige Entwicklung, das Wachstum und den wirtschaftlichen Wandel in den ländlichen Regionen beschleunigt. «Die Menschen realisieren: Wenn ein solches umweltfreundliches System im Spital funktioniert, weshalb nicht auch in der Landwirtschaft, der Fischerei oder in Schulen?» Es ist dieser Blick für neue Möglichkeiten, die er als einen der stärksten Hebel von SophiA bezeichnet. «Mein Leben hat die Arbeit für SophiA definitiv verändert», sagt er.
Kontakt
Dr. Mihaela Dudita-Kauffeld
SPF Institut für Solartechnik
+41 58 257 41 69
mihaela.dudita@ost.ch