SophiA – Sustainable off-grid solutions for Pharmacies and Hospitals in Africa

SophiA hat zum Ziel, eine nachhaltige, netzunabhängige und resiliente Energieversorgung und sauberes Trinkwasser für ländliche und abgelegene Gesundheitseinrichtungen wie Apotheken und Spitäler in Afrika bereitzustellen. Damit wird so vielen Menschen wie möglich ein besserer Zugang zu medizinischer Versorgung ermöglicht. Die Grundidee setzt auf kompakte technische Module, die in einem Container vorinstalliert und vor Ort genutzt werden können. Dafür werden innovative, modulare, erschwingliche und effiziente solarbetriebene Systeme entwickelt und hergestellt. SophiA kombiniert verschiedene Technologien wie Photovoltaik, Solarthermie, elektrische und thermische Speicherung, eine effiziente Wasseraufbereitung sowie Kühlmaschinen mit natürlichen Kältemitteln, die nur sehr geringes Treibhausgaspotenzial und in der Atmosphäre keine Trifuoressigsäure (TFA) als Abbauprodukt zur Folge haben. TFA gehört zur Gruppe der PFAS und kontaminiert Oberflächengewässer und Grundwasser - also unsere Trinkwasserquellen - für tausende Jahre.

Die erste Generation von SophiA besteht aus einem Solar-Kühlcontainer und einem Solar-Wassercontainer: Zwei zuverlässige, modulare Plug-in-Lösungen, die einfach in bestehende Gebäudeensembles und Infrastrukturen integriert werden können. 

Die Container versorgen Krankenhäuser und andere Gesundheitseinrichtungen mit:

• sauberem Trinkwasser, frei von Bakterien und Viren
• Warmwasser und Dampf zum Sterilisieren und/oder Kochen
• Kühlsystemen für Arzneimittel (+5°C), Blutplasma (-30°C) und Impfstoffe (-70°C)
• Kühlung von Lebensmitteln (bei Bedarf)
• Kühlung von chirurgischen oder intensivmedizinischen Einheiten

Darüber hinaus wird der «PVmedPort», eine zu 100 Prozent solarbetriebene, mobile und multifunktionale Gesundheitsstation, entwickelt. Der PVmedPort kann in abgelegensten Regionen unter verschiedenen klimatischen und geografischen Bedingungen eingesetzt werden. Er liefert Strom, bietet Schatten und kann auch zu einer kleinen Station für Impfungen oder Infokampagnen ausgebaut werden. 

Know-how-Transfer und Ausbildung von lokalen Fachkräften

Die SophiA-Module werden überwiegend in Afrika hergestellt. Nach der Entwicklung im Konsortium und dem Bau der Systeme durch den SophiA-Partner Everflo in Südafrika, werden die Container stufenweise in vier ländlichen Krankenhäusern auf dem afrikanischen Kontinent in Betrieb genommen und über ein Monitoring ausgewertet. Installationen sind in Burkina Faso, Kamerun, Malawi und Uganda geplant. In Burkina Faso sind die Container im Sedogo Hospital in Léo seit Mai 2024 erfolgreich in Betrieb. 

Neben den technischen Entwicklungen liegt ein Schwerpunkt des Projekts im Aufbau von Kapazitäten und der Qualifizierung von Studierenden, vor allem aus der lokalen afrikanischen Bevölkerung, aber auch von Partneruniversitäten in der Schweiz (OST) und Deutschland (HKA). Der Know-how-Transfer wird unter anderem mit mehreren Train-the-Trainers-Programmen gewährleistet, um längerfristig ähnliche oder angepasste Systeme sogar vor Ort planen und auch bauen zu können. Ein solches Programm fand im März an der OST, ein zweites im Juni 2024 in Burkina Faso statt. Um die Entwicklung hochqualifizierter Arbeitskräfte zu fördern und die Möglichkeiten für eine nachhaltige Entwicklung vor Ort zu erhöhen, werden gezielt lokale Spin-off-/Start-up-Unternehmen involviert.

Das SophiA-Konsortium: SPF entwickelt Herzstück des Systems

Mit einer Kooperation von 13 beteiligten Universitäten, Instituten, Herstellern und Organisationen aus Afrika und Europa steht das Projekt auf einem soliden wissenschaftlichen, gesellschaftlichen und umsetzungsorientierten Fundament. Das auf vier Jahre angesetzte Projekt wird mit acht Millionen Euro durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unterstützt. 

Das SPF Institut für Solartechnik der OST koordiniert und verantwortet den gesamten Bereich Solartechnik und entwickelt das Herzstück der Anlage: die übergeordnete, smarte Regelungsstrategie SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), die mit den einzelnen Komponenten kommuniziert, entscheidet, ob Energie produziert, gespeichert oder verteilt wird und die sehr unterschiedlichen Technologien steuert. Auch die Lebenszyklusanalyse (LCA) der ersten Generation der SophiA-Container hat das SPF koordiniert und durchgeführt. Die LCA der SophiA-Systeme hat an der International Sustainable Energy Conference (ISEC) 2024 in Graz den Best Poster Award gewonnen.

Das SPF ist zudem stark engagiert in der Ausbildung von europäischen und afrikanischen Studierenden sowie Fachkräften vor Ort.

Patentanmeldung für PVSteamCube

Eine innovative Entwicklung aus dem Projekt ist der Hochtemperatur-Wärmespeicher «PVSteamCube», der mit Strom aus der Photovoltaik aufgeladen wird. Der Dampf kann zum Betreiben von Waschmaschinen, zum Kochen oder für die Sterilisation von medizinischen Geräten eingesetzt werden. Die Sterilisation mit Dampf ist eine umweltfreundliche Alternative zu Chemikalien. Das SPF hat die Leistung der ersten von SophiA-Partner Simply Solar entwickelten Prototypen auf dem Campus Rapperswil ausgiebig getestet und gemeinsam mit dem Unternehmen an der Optimierung gearbeitet. Bei der Entwicklung des PVSteamCubes wurde zudem viel Wert auf Sicherheit gelegt: Der Metallwürfel erreicht im Inneren Temperaturen von 400° C, seine Aussenfläche wird aber nicht wärmer als 30° C. Darüber hinaus wird der Dampf nahezu bei Umgebungsdruck erzeugt. Simply Solar hat für den PVSteamCube eine Patentanmeldung eingereicht.

Mehr Infos auf der Website SophiA 4 Africa
Kontakt: Mihaela Dudita-Kauffeld

Passender Studiengang der OST: 
Bachelorstudium Erneuerbare Energien und Umwelttechnik