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Archive for the ‘Biotechnologie’ Category

Dass Forschungsprojekte erfolgreich sind, ist glücklicherweise keine Seltenheit. Dass sie  allerdings so erfolgreich sind, dass zwei Großunternehmen nach einem Projektjahr den Bau einer Kleinanlage ins Auge fassen, ist dann doch eher selten. Grund genug, einmal nachzufragen – bei Dr. Günter Schmid, Principal Key Expert Research Scientist bei Siemens:

GSchmidHerr Schmid, herzlichen Glückwunsch an Sie und Ihren Projektpartner Dr. Thomas Haas von Evonik – Sie sind quasi von Ihrem Erfolg überrollt worden.

Ja, das kann man sagen. Unser Projekt ist im ersten Jahr so erfolgreich gelaufen, dass wir uns entschieden haben, den nächsten Schritt zu gehen und in Richtung einer vollständig automatisierten Kleinanlage zu skalieren. Derzeit planen wir, im Dezember 2019 unsere Einzelprozesse zu verkoppeln.

Worum geht es im Projekt von Siemens und Evonik genau?

Unser Projekt heißt Rheticus und ist ein Satellitenprojekt der Kopernikus-Initiative. Wir wollen aus erneuerbaren Rohstoffen Spezialchemikalien herstellen. Die „Rohstoffe“ sind Elektronen aus erneuerbarer Energie, CO2 und Wasser. Die Energie bringen wir über eine Elektrolyse in das System: Wir elektrolysieren CO2 zu Kohlenmonoxid, Wasser zu Wasserstoff, und das verfüttern wir dann an die Bakterien.

Warum setzen Sie ausgerechnet auf ein biotechnologisches Verfahren?

Wir arbeiten mit anaeroben Bakterien, wie sie beispielsweise an „Black Smokern“ in der Tiefsee vorkommen. Wir benutzen zwei Bakterienstämme, bei denen einer der Stämme  ein Gasgemisch aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid zu Acetat und Ethanol umsetzt. Ein zweiter Stamm produziert aus diesen Intermediaten anschließend Butanol und Hexanol.

Die Biotechnologie bietet zwei Vorteile: Sie arbeitet sehr selektiv und effizient in der CO2 Nutzung, und sie lässt sich dezentral einsetzen, auch unabhängig von einem integrierten Chemiestandort. Wir können solche Anlagen dort aufbauen, wo auch die erneuerbaren Energien anfallen.

 

 

Wie sind Sie bei der Auswahl der Zielprodukte vorgegangen?

An dieser Frage haben wir ziemlich lang gearbeitet. Bei fossil basierten Produkten bezahlt man nur für Prozess, Transport und Förderung, aber nicht für den Energieinhalt. Bei Produkten auf Basis erneuerbarer Energie ist der Energieinhalt einer der größten Kostentreiber. Wir brauchen also Produkte, bei denen der Anteil der Energie an den Kosten möglichst gering ist, und das ist bei der Spezialchemie der Fall. Außerdem können wir mit kleineren Anlagen starten, bevor wir dann in den Bereich der Bulkchemikalien oder der Kraftstoffe eintreten.

 

Wie sauber muss das CO2 sein, das Sie einsetzen?

Die Ansprüche an das CO2 sind vergleichsweise gering. So stören viele Schwefelverbindungen oder Sauerstoff den Prozess nicht, nur Metalle, die als Katalysatorgifte wirken, müssen vorab aus dem Rauchgas entfernt werden. Wir gehen aber trotzdem davon aus, dass wir das CO2 vorher aufreinigen, denn das können wir leicht aus Luft abtrennen, während Kohlenmonoxid sehr schwer von Stickstoff und Sauerstoff zu befreien ist.

 Wo liegt die größte technische Hürde?

Im Moment sind wir in der Fermentation im 2-Liter-Maßstab und wir wollen in den Kubikmeter-Maßstab kommen. Wir müssen also sowohl die Elektrolyse als auch die Bioreaktoren scalieren. Bisher hat noch niemand einen Gas-/Gas-Elektrolyseur gebaut, schon gar nicht in diesen Größenordnungen.

Inwieweit ist die Technologie auch dazu geeignet, Schwankungen in der Stromerzeugung abzupuffern?

Die Technologie ist sehr flexibel. Wir haben Betriebsmodi entwickelt, bei denen man die Leistung rauf- und runterfahren kann. Die untere Grenze bildet ein Standby-Modus; das ist auch für die Fermentation anwendbar.

Was ist Ihr nächstes Ziel?

Bis jetzt entwickeln wir die Einzelkomponenten aus dem Labormaßstab von 10 cm² auf 300 cm² – das ist ein Riesensprung. Für die weitere Skalierung bauen wir dann mehrere Zellen – ein Stack aus etwa zehn Zellen wäre ein Zwischenschritt, mit dem man erst einmal alles demonstrieren kann, was man so braucht. Wir haben im Rahmen von Kopernikus einen kontinuierlichen Betriebsmodus entwickelt, und in 2019 wird die erste echte Kopplung mit allen Anlagen stattfinden. Ziel ist eine automatisierte Kleinanlage, die eine kleine zweistellige Tonnage pro Jahr produzieren kann. Das heißt, wir sprechen von Elektrolyseuren im Kilowattbereich und Fermentern von im Bereich von 1 m³ Größe.

Wer mehr zu den vielen Einsatzmöglichkeiten der Elektrolyse und den aktuellesten technischen Entwicklungen erfahren und sich mit anderen Experten austauschen möchte, hat dazu Gelegenheit beim PRAXISforum Electrolysis in Industry am 22. und 23. November 2018 in Frankfurt – jetzt Programm ansehen und anmelden!

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Vorfreude

Abendvortrag

Eröffnungsveranstaltung

Preise und Ehrungen

Ausstellung

Vorträge

Berichterstattung

Und drumherum…

Und jetzt? Nicht verpassen – Call for Paper für die Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen im Frühjahr 2019!
Alle weiteren Treffpunkte für Verfahrenstechniker und Biotechnologen immer aktuell im Veranstaltungskalender – wann sehen wir uns?

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Die Jahrestagungen: Über 150 Stunden Vortragsprogramm

Über 300 Vorträge in bis zu 12 Parallelsessions – vom Bioprozesstechniker bis zum Anlagenplaner, vom Fluiddynamiker bis zum Energieexperten – jeder findet bei den Jahrestagungen ein spannendes Programm. Damit Sie den Überblick nicht verlieren, finden Sie unseren Programmplaner online  . Und die Anmeldung ist auch weiterhin geöffnet – registrieren Sie sich hier.

3d European Conference on Natural Products, 02.-02.09.2018, Frankfurt

Mehr als 200 Teilnehmer haben sich für die European Conference on Natural Products schon registriert.

NanoTox 2018 – International Conference on Nanotoxicology, 18.-21.09.2018, Neuss

Der Fokus der diesjährigen NanoTox liegt auf neuen Werkzeugen für die Risikobewertung von Nanomaterialien.

BIOFLAVOUR, 18.-21.09.2018, Frankfurt

Die BIOFLAVOUR verspricht einmal mehr, der diesjährige Höhepunkt für alle zu werden, die sich mit Aromen, Duftstoffen und funktionalen Inhaltsstoffen beschäftigen.

EFC-Workshop 2018: High Temperature Corrosion under Deposits, Salts and in Complex Gases: Towards Greener Energy, 26.-28.09.2018, Frankfurt

Die Energiewende und besonders die Gewinnung von Energie aus Biomasse bringen neue Herausforderungen für Hochtemperaturwerkstoffe mit sich, die in diesem Workshop diskutiert werden.

Thermodynamik-Kolloqium, 26.-28.09.2018, Kassel

Ob Energieverfahrenstechnik, Modellierung chemischer Prozesse oder Vorgänge an Grenzflächen – hier kommen alle Themen der Thermodynamik zur Sprache.

Bundesalgenstammtisch, 27.-28.09.2018, Karlsruhe

Mikroalgen sind vielseitig nutzbare Organismen – und eine mögliche Kopplung an Biogasanlagen eröffnet ganz neue Perspektiven auch für ländliche Räume. Was sonst noch alles möglich scheint oder heute schon ist, erfahren Sie beim Bundesalgenstammtisch.

Smart Sensors – mechanistic and data driven modelling, 01.-02.10.2018, Frankfurt

Längst leisten Sensoren weit mehr als “nur” Messwerte liefern – smarte Sensoren übernehmen Aufgaben der Datenverarbeitung, „soft sensors“ ahmen Erfahrungswissen menschlicher Anlagenführer nach. Wohin die Entwicklung geht, erfahren Sie bei der Tagung aus erster Hand.

 

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hand-3308188_1280Wie werden Sie in 10 Jahren arbeiten? Noch schneller, noch länger, noch öfter von unterwegs? Oder werden Roboter quasi auf Zuruf einen großen Teil dessen übernehmen, was Sie heute als lästige Notwendigkeit Ihrer Arbeitszeit wahrnehmen? Oder – auch das ist schließlich denkbar – sagen die Roboter Ihnen, was Sie als nächstes zu tun haben, geben Ihnen den Arbeitsrhythmus vor und sorgen dafür, dass Sie Ihre Zeit nicht vertrödeln?

Denkbar sind beide Szenarien allemal. Eine Studie von 2013 hat viele aufgeschreckt, die bisher davon ausgegangen waren, dass ihr Arbeitsplatz sicher sei: Danach könnten in Großbritannien 47 % der Jobs der Digitalisierung zum Opfer fallen – und betroffen sind nicht nur einfache Tätigkeiten, sondern auch Aufgaben, die heute von sehr gut ausgebildeten Facharbeitern oder sogar Universitätsabsolventen ausgefüllt werden. Wer testen will, wie groß das Risiko ist, dass zukünftig ein Roboter am eigenen Schreibtisch Platz nimmt, findet bei der BBC Antworten . Demnach ist das Risiko für den „Chemical Scientist“ mit nur 6% zwar überschaubar, aber der Chemiefacharbeiter wird mit einer Wahrscheinlichkeit von 85 % wegrationalisiert werden.

Dabei sind die Hoffnungen, die mit der Digitalisierung verknüpft sind, durchaus groß. Wer hat nicht im Labor geflucht, wenn er die Tausendste Probe pipettiert oder endlose Stunden damit zugebracht hat, Zellkulturen zu sichten? Wer hätte nicht lieber vorausgewertete und grafisch aufbereitete Daten, anstatt sich mit riesigen Tabellen voller Messwerte und Standardabweichungen herumzuschlagen? Keine Frage, auch Biotechnologen, Chemiker und Verfahrensingenieure würden viele dieser Aufgaben lieber heute als morgen Siri oder Alexa überlassen.

Ein Besuch bei Morphosys in München zeigt, wie weit diese Entwicklung schon heute gediehen ist. Das Pipettieren, Picken und Aufbereiten übernehmen hier Hochdurchsatzmaschinen. Das Laborpersonal stellt die reibungslosen Abläufe sicher, überwacht die Roboter – und es bringt den kreativen Touch hinein: Denn wenn es darum geht, einen einmal gefundenen Antikörper zu optimieren, geht derzeit noch keine Künstliche Intelligenz über das Erfahrungswissen eines menschlichen Wissenschaftlers.

Und auch für die weltweite Zusammenarbeit macht man sich die Digitalisierung gerne zunutze. Große Konzerne haben längst Teile ihrer Forschung und Entwicklung an andere Standorte verlagert. Wo die kritische Masse an klugen Köpfen vor Ort nicht mehr erreicht wird, lässt sie sich durch Vernetzung wieder herstellen. Daten können gemeinsam bearbeitet werden, und dank Augmented Reality kann der Ingenieur in Pullach die Anlage in China besichtigen, ohne um die halbe Welt fliegen zu müssen.

Im jüngsten DECHEMA-Papier „Neuer Schub für die Biotechnologie“ skizzieren die Autoren, wohin die Kombination aus Automatisierung, Miniaturisierung und Digitalisierung führen kann. Dank der Kombination aus Hochdurchsatztechnologien, der enormen Beschleunigung beim Generieren von Daten und der Möglichkeit, diese mit Hilfe von Big Data und Künstlicher Intelligenz auszuwerten, kann der Wissenschaftler sich ganz darauf konzentrieren, seine Ideen zu verwirklichen – vom designten Molekül bis zum großindustriellen Produktionsprozess.

teens-629046_1280Doch wer einen Blick in die heutige Arbeitswelt wirft, den mag auch ein leichter Schauder ankommen angesichts der Vorstellung, dass Kollege Computer bald den Takt vorgibt. Schon heute fühlt mancher sich bei allen Vorteilen, die die neuen Kommunikationswege ermöglichen, als Sklave seines E-Mail-Kontos. Von der autonomen Zeitgestaltung bis zur Selbstausbeutung ist es häufig nur ein kleiner Schritt. Und die enorme Beschleunigung der Arbeitsprozesse führt statt zu mehr Raum für kreative Ideen und konzeptionelles Arbeiten eher zum Gegenteil: Hektisches Hinterherrennen hinter Routineaufgaben wird dann zum Standard und der Stapel unerledigter Mails wächst von Woche zu Woche. Gerade die „Digital Natives“, auf die feste Arbeitszeiten und ein stationärer Schreibtisch häufig wirken wie aus Großvaters Erinnerungsalbum, werden Wege finden müssen, mit diesen neuen Anforderungen umzugehen, ohne sich darin zu verlieren. Und bei allem Vertrauen in die Technik werden auch sie ein handwerkliches Grundverständnis brauchen, damit die Anlage nicht zur „Black Box“ für ihren Betreiber wird. Das richtige Maß zwischen Kompetenzvermittlung und praktischer Übung zu finden, ist für die Hochschulen und Personalabteilungen sicher eine der größten Herausforderungen für die nächsten Jahre und Jahrzehnte.

Was die Digitalisierung noch bedeutet für Wissenschaft und Produktion, für Verfahrenstechniker, Biotechnologen und Chemiker, darum geht es in der Podiumsdiskussion „Forschung und Produktion in einer globalen Welt“ am 12. September 2018 im Rahmen der ProcessNet-Jahrestagung und DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen.  Wie sehen Sie die Zukunft Ihrer Branche? Teilen Sie uns Ihre Meinung mit! Wir freuen uns auf Ihren Beitrag!

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bee-3348973_1920Der BAYER-Konzern wird die Dosierempfehlung für das Pestizid Sivanto nicht anpassen. Ein Sprecher des Konzerns sagte gegenüber dem DECHEMA-Newsletter, das Mittel sei bei sachgerechter Anwendung für Bienen sicher. Die Dosen, die in einer jüngst veröffentlichten Studie der Uni Würzburg verwendet wurden, entsprächen „nicht der landwirtschaftlichen Praxis“.

Es lohnt sich, den Fall der Reihe nach anzuschauen: Flupyradifuron stammt aus der Gruppe der Butenoloide. Es bindet sich an die Rezeptoren der Nervenzellen von Insekten und stört dadurch die Weiterleitung von Nervenreizen. Eigentlich gilt es als bienenfreundlicher, als Neonikotinoide, die bisher zum Einsatz kamen und von denen die EU am vergangenen Freitag drei Wirkstoffe verboten hatte.

Lernblockaden bei Bienen

Jetzt haben die Würzburger Wissenschaftler aber doch einen unschönen Effekt von Flupyradifuron gefunden. Grob gesagt kommt ihre Studie zu dem Ergebnis, dass ab einer bestimmten Dosis der Wirkstoff dafür sorgt, dass sich Bienen nicht mehr so gut merken können, was sie am Tag vorher gelernt haben. Das wäre schlecht: ein Bienenvolk ist für sein Überlegen schlicht und einfach darauf angewiesen, nicht jedes Mal aufs Neue den Weg zu den besten Blüten zu suchen.

Die Würzburger Wissenschaftler haben offenbar bewusst eine zu hohe Dosis für ihre Studie genommen – aber warum?

Um darauf eine mögliche Antwort zu bekommen, muss man etwa zehn Jahre zurückschauen. 2008 starben im baden-württembergischen Rheintal 11.500 Bienenvölker. Jemand hatte Mais mit einer zu hohen Dosis eines Neonicotinoids behandelt. Weil das Saatgut außerdem nicht sachgerecht gebeizt worden war, entstand beim Ausbringen eine riesige Staubwolke aus Insektengift. Die Folge: ein massenhaftes Bienensterben.

Viele Fragen offen

Die Würzburger Wissenschaftler sagen zwar auch, dass bei einem bestimmungemäßen Gebrauch die Bienen nicht mit einer zu hohen Dosis von Flupyradifuron in Berührung kämen. Dennoch sind für sie noch eine Reihe von Fragen offen: Wie verträgt sich der Wirkstoff mit anderen Pestiziden? Wie wirkt er bei anderen Bestäubern? Hat er neben dem Lernverhalten auch Folgen für Motorik und Orientierung?

Was bleibt, ist also ein Auftrag an Wissenschaft, Wirtschaft und Politik: Es muss so schnell wie möglich mehr auf diesem Gebiet geforscht werden. Denn wenn man auf der einen Seite bestimmte Pestizide verbietet und den Landwirten damit Instrumente für ihre Arbeit wegnimmt, sollte man sie nicht ohne Alternativen im Regen stehen lassen. Jedenfalls nicht mit einer Alternative, bei der so viele Punkte offen sind.

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Es klingt fast zu schön, um wahr zu sein: Die europäische Union hat angekündigt, 400 Millionen Euro an Krediten bereitzustellen. Unter anderem sollen mit dem Geld Projekte in der Bioökonomie in Schwung gebracht werden, auch in der Forschung. In Brüssel hofft man, damit Investitionen von knapp einer Milliarde Euro anzuschieben.

Das Ganze soll über eine Bank laufen, die kaum jemand kennt, aber in Wirklichkeit eines der größten Geldhäuser der Welt ist: die Europäische Investitionsbank. Sie wird die Kredite über den Europäischen Fonds für strategische Investitionen (EFSI) abwickeln. Hört sich hervorragend an – doch wie sind die bisherigen Erfahrungen mit diesem Instrument?

„Keinen Beweis für Mehrwert“

piggy-bank-3131032_1280.jpgNachfrage bei einem, der es wissen muss: der CSU-Europaabgeordnete Markus Ferber ist unter anderem erster stellvertretender Vorsitzender des Ausschusses für Wirtschaft und Währung im EU-Parlament. Ein Finanzfachmann also und einer, der die Arbeit des EFSI seit Jahren beobachtet. „Ich habe keinen Zweifel daran, dass man mit dem EFSI Projekte finanzieren kann. Was die Europäische Investitionsbank und die Europäische Kommission aber bislang nicht zeigen konnten ist, ob es sich dabei tatsächlich um zusätzliche Projekte handelt, die andernfalls nicht finanziert worden wären“, schreibt uns Ferber in einer E-Mail. Anders ausgedrückt: Bisher floss das Geld oft in Dinge, die ohnehin geplant waren und bei denen die Finanzierung dann nur eine Art EFSI -Siegel bekam.

Ganz ähnlich äußert sich der Brüsseler Thinktank Bruegel, der schon ein Jahr nach dem Start des Fonds zu dem Ergebnis kam: Wirklich viel Neues haben die Millionen aus Brüssel nicht gebracht.

Neue Regeln geben Hoffnung auf Push

Dennoch – vielleicht kommen die Millionen für die Bioökonomie jetzt im richtigen Moment. Ende vergangenen Jahres hat das Europaparlament für eine Reform des EFSI gestimmt. Viele Probleme der ursprünglichen Geldverteilung sollten beseitigt werden, die Arbeit des Fonds sollte innovativer werden. „Die bekannten Umsetzungsprobleme werden durch die nun beschlossenen Neujustierungen beseitigt“, hofft der Vorsitzende der Sozialdemokraten im EU-Parlament, Udo Bullmann.

Ein Selbstläufer waren die Brüsseler Investitionen bisher jedenfalls nicht.- man wird also abwarten müssen, ob jetzt tatsächlich ein Bioökonomie-Boom in Europa angeschoben wird.

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jogging-2343558_640Die Idee klingt zunächst wie aus einem Science-Fiction-Film, ist aber komplett ernstgemeint: Der Sportartikelhersteller Puma will Einlegesohlen herstellen, in denen eigens dafür angesiedelte Bakterien ihren Fußschweiß überwachen. Sie sollen sich melden, wenn es Hinweise auf Ermüdung gibt und so Verletzungen vorbeugen.

Noch so ein verrückt anmutendes Beispiel gefällig? Puma arbeitet auch an einem Shirt, in dem Bakterien die Luftqualität messen. Sind zu viele Schadstoffe in der Luft, ändert sich zum Beispiel die Farbe des Stoffs. Als Sportler sollten Sie dann vielleicht ihr geplantes Training verschieben.

Bevor es Sie jetzt vielleicht schon beim Lesen unangenehm kribbelt, wollen wir das Ganze in Ruhe einordnen: Die Ankündigung der biosensiblen Kleidung kam wenige Tage vor der Hauptversammlung der PUMA AG. Kein Zufall, sicherlich: auch Aktionäre wollen schließlich bei Laune gehalten werden, vor allem nachdem der größte Anteilseigner angekündigt hat, sich zu verabschieden und das Unternehmen damit vor einer Neuorientierung steht.

Nur ein PR-Gag?

Technisch neu ist das Ganze aber nicht: Das MIT-Designlab experimentiert seit Jahren mit Bakterien in Sportkleidung. Unter anderem verfolgten die Amerikaner einmal den Ansatz, dass kleine Öffnungen  in Shirts aufgehen sollten, wenn der Athlet schwitzt. Auch damals sollten Bakterien diesen automatischen Kleidungsventilator steuern. Puma ist also nur einer von mehreren prominenten Partnern der Materialforscher aus Boston.

Ist das Ganze nun doch nur ein PR-Gag? Das wäre zu einfach gedacht. Der Markt für Sportbekleidung hat weltweit ein Volumen erreicht, das jede Vorstellungskraft sprengt. Einige Prognosen gehen davon aus, dass die Verbraucher hier über 200 Milliarden US-Dollar ausgeben werden – eine irre Summe. Klar, dass es sich lohnt, für ein Stück von diesem Kuchen auch einmal ungewöhnliche Experimente zu wagen. Man weiß nie, ob sich dahinter nicht doch das nächste große Ding verbirgt.

„Sechs bis sieben Jahre Entwicklungszeit“

Bleibt die Frage, wann mit den atmenden Shirts, den intelligenten Etiketten und den muskelhörigen Einlegesohlen zu rechnen ist. Puma gibt dazu selbst keine Prognose ab, also ist man auf Erfahrungswerte und Vermutungen angewiesen. „Wenn die Forschungen erst 2017 begonnen haben, werden höchstwahrscheinlich erst einige prinzipielle Laborstudien vorliegen“, sagte uns Professor Hans-Joachim Weber von der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes. „Was für eine Marktreife auf alle Fälle nötig ist, ist ein stabiler Prozess im Alltag. Das heißt, die Effekte müssen zuverlässig in allen Anwendungsbereichen über die gesamte Lebensdauer des Kleidungsstücks funktionieren.“ Zu bedenken sei, dass Bakterien und andere Organismen schließlich eine endliche Lebenserwartung hätten.

Vielleicht ist dies der richtige Moment für eine kleine Wette. In vier Jahren ist die Fußball-Weltmeisterschaft in Katar geplant. Ein höchst umstrittenes Event mit großem Aufmerksamkeitsfaktor. Bei Temperaturen von 50 Grad Celsius wird garantiert viel geschwitzt und die Verletzungsanfälligkeit ist hoch. Wetten, dass wir genau rechtzeitig vor dem Turnier wieder von dem Experiment mit den Bakterien hören?

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Übrigens: Auch über unsere Veranstaltungen informieren wir zukünftig über die Themennewsletter. Wenn Sie also nichts verpassen wollen – wählen Sie hier Ihren Newsletter aus.

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