Nano – große Wirkung kleinster Abmessungen

Nanoenergetische Lösungen

Auf Metallfilme treffendes Licht erzeugt Schwingungen, Oberflächenplasmone entstehen. Solche in kommerzielle Solarzellen implantierte Strukturen setzen Energie frei. Die extrem dünne, fotoaktive Schicht organischer, neuerdings sich sogar selbstheilender Nano-Solarzellen auf einer Kunststofffolie wandelt elektrisches Licht mit Hilfe von Farbstoff in Strom um. Kontinuierliche Druckverfahren gestatten ihre kostengünstige Produktion. Mit derartigen Methoden kündigt die Nano-Technik weitere Kostensenkung in der Fotovoltaik und neue Anwendungsgebiete an. Vielversprechend ist gleichfalls der Einfluss auf die Dünnschicht-Solartechnik. Hervorsticht dabei die EnSol-Technologie. Bei ihr lassen sich die Nano-Partikel auf Glasscheiben (fotovoltaische Fenster), Dachflächen, Schallschutzmauern, Parkscheinautomaten, Gebäudefronten bei gleichzeitig hoher Ausbeute (Effizienz ≥20 Prozent) auftragen.

Auch in der Brennstoffzelle finden sich den Vormarsch der regenerativen Energien stützende Einsatzpotenziale. Komponenten wie Elektroden, Membranen und Katalysatoren lassen sich verbessern. Für Minibrennstoffzellen mobiler Geräte (Funktelefone, Laptops u. a.) speichert ein dreidimensionales, metallorganisches Gerüst im Nano-Format den Wasserstoff.

Genetisch veränderte Viren können selbsttätig aus Nano-Strukturen bestehende Elektroden für im gleichen Maßstab verkabelte Lithium-Ionen-Akkumulatoren aufbauen. Das entsprechende biologisch-technische Verfahren verspricht eine preiswerte und umweltfreundliche Verwirklichung. Mithin entstehen gute Aussichten für wirtschaftliche Akkus in Elektrofahrzeugen.

Ebenso werden nanotechnische Hochleistungsspeicher für die Energieversorgung möglich. In Miniaturgestalt finden Komposite fast unsichtbar etwa in Flachbildschirmen, Funktelefonen, Notebooks oder Hörgeräten Platz. Extrem dauerhaft lagerfähige Batterien auf Basis von Nano-Strukturen funktionieren bereits im Labor. Bei diesen besonders für Notfälle prädestinierten Primärzellen sind Elektrolyt und Elektrode mechanisch getrennt. Nanostrukturiertes Material für thermoelektrische Generatoren eröffnet der Umwandlung von Ab-/Wärme in elektrischen Strom (Seebeck-Effekt) wirtschaftliche Aussichten.

Elektronische Anwendungen

Organische, druckbare Elektronik mit nanoskalierten Strukturen beeinflusst die Produktion von Chips und Festplatten für neue Miniatur-Speicher und -Prozessoren höherer Leistung positiv. Zum Verbinden ihrer Transistoren dienen Si-Drähte, deren Durchmesser lediglich den 25.000. Teil des menschlichen Haares erreicht. Gleichfalls bilden Verfahren wie das E-Paper zum Verdrängen der bedruckten Konkurrenz einen Schwerpunkt. Selbst die Stromversorgung von Kleinstverbrauchern vermag die neue Technologie über die Nutzung des piezoelektrischen Effekts vereinfachen.

Nichtelektrotechnische Applikationen

Eindrücke der zu erwartenden Vielfalt vermitteln beispielhaft:

– Oberflächenschutz/Reinigung (Fahrzeugpflege, Fenster, Sanitärbereich)

– Umwelttechnik (Materialkreisläufe und Entsorgung, hochwirksame Filter zur Abwasseraufbereitung)

– Gesundheitsbereich (organische Nano-Oberflächen sorgen für verträglichere Gelenke, Wirkstofftransport in Nano-Partikeln)

– Werkstoffe (etwa ultraleichte Motoren und Karosserieteile für die Automobilindustrie) u. a.

In immer mehr Branchen ist der Nutzungsanstieg entsprechender Lösungen zu beobachten. Anwendungspotenziale für produktionstaugliche Verfahren und Ausrüstungen werden auch in Deutschland erschlossen, um verbesserte Produkte prozesssicherer und wirtschaftlicher herstellen zu können. Beschleunigend wirkt zweifellos das Material „Graphen“ der Physik-Nobelpreisträger 2010 Andre Geim und Konstantin Novoselov.

Sicherheit

Vergleichbar dem CE-Zeichen bestehen ebenfalls beim Anwenden von Nano-Materialien grundlegende Sicherheitsanforderungen. Entscheidend werden Referenzstoffe und Standards für Messvorgänge sowie sichere Arbeitsmethoden sein. Vorwiegend engagieren sich ISO (TC 24), IEC sowie amerikanische Institutionen bei ihrer Ausarbeitung. Seriöse und plausible Informationen zu solch neuen Ressourcen und allen Aspekten dieser Technologie bietet die interdisziplinäre Wissensplattform http://www.nanopartikel.info. Joachim Krause ¹) Die Wirkung der „Winzlinge“ im menschlichen Körper ist umstritten.