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Mobilität und moderne Materialien

Neue Materialien dank Nanotechnologie

Vorbild Natur: Die leuchtend blaue Farbe des Falters entsteht durch Lichtbeugung auf den nanostrukturierten Flügeln – ganz ohne Farbstoff.

© janda75 istockphoto

Nanostrukturierte Materialien erlauben auch höhere Energieeffizienz. Gemäß dem Motto „Energie sparen ist die beste Energiequelle“ ermöglicht die Nanotechnologie neue, bahnbrechende Materialien und Eigenschaften. Das Gute daran: Nicht verzichten ist angesagt, sondern innovative Lösungen, faszinierende Technologien und großartige neue Möglichkeiten für uns alle.
Nanotechnologie erreicht schon heute viel: Akkus und Solarzellen mit höherem Wirkungsgrad, stromsparende Lichtquellen und verlustärmere Stromleitungen, verbesserte Antriebs- und Kraftübertragungssysteme, effiziente Dämmstoffe – überall kann die Nanotechnologie ihr Potenzial zur effizienteren Nutzung von Energie entfalten. Tendenz steigend
 
Jeden Sonnenstrahl nutzen
Sonnenlicht ist schier unerschöpflich – schon heute wandeln Photovoltaik-Anlagen auf dem Hausdach rund 15 Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie in Elektrizität um. Dank nanoporöser Antireflexschichten auf Siliciumdioxid-Basis auf den Abdeckgläsern der Solarmodule kann man bis zu weitere drei Prozent Transmissionserhöhung erreichen.
Für diese Schicht taucht man das Solarglas maschinell in ein „Sol“-Bad. „Sol“ bezeichnet eine Lösung, in der extrem kleine Teilchen mit einer Größe zwischen 10 und 35 Nanometern (nm) gleichmäßig verteilt vorliegen. Beim Herausziehen entsteht ein dünner Film, der anschließend auf dem Glas eingebrannt wird. Zurück bleibt eine Schicht mit nanokleinen Poren. Diese Oberfläche reflektiert nur noch weniger als ein Prozent des einfallenden Sonnenlichts – statt vier Prozent wie herkömmliche Abdeckscheiben von Photovoltaik-Modulen.

Winziger Betonzusatz mit hoher Wirkung
Ob in Brückenträgern, Kanalisationsrohren, Treppen oder Eisenbahnschwellen: Millionen massiver Bauelemente werden industriell vorgefertigt. Nanoskalige Kristallkeime aus Calciumsilicathydrat (CSH) sind hier sehr hilfreich: Mit ihnen lassen sich Betonfertigteile schneller, in besserer Qualität und mit weniger Energie herstellen.
Normalerweise wird der flüssige Beton in eine Schalung aus Holz, Metall oder Kunststoff gegossen. Dort muss er aushärten, was bei 20°C ca. zwölf Stunden dauert. Um die Schalungen schneller wieder nutzen zu können, wird der flüssige Beton oft mit Wasserdampf erhitzt. So härtet er zwar schneller aus, aber die Dampferzeugung kostet viel Energie. Mit dem CSH-Nanozusatz ist ein Betonbauteil bei 20°C schon nach sechs Stunden hart genug, um die Gussform zu entfernen. Dieser Härtungsbeschleuniger ist auch für Transportbeton für Baustellen geeignet. Das Nanoprodukt verkürzt so die Bauzeiten von Straßen, Tunneln und Flugpisten – auch bei winterlichen Außentemperaturen.

Fester als Stahl
Die unerschöpfliche Energie der Natur lässt sich noch besser nutzen, wenn sich in den Windparks größere Rotorblätter drehen. Doch das Gewicht begrenzt die Länge. Mit neuen Materialien auf Basis von Nanoverbundwerkstoffen lassen sich Rotorblätter herstellen, die 10 bis 30 Prozent leichter und deutlich stabiler sind als herkömmliche Konstruktionen – und damit Wind besser nutzen können. Die Voraussetzung: Nano - röhren. Diese bestehen (wie Bleistiftminen) aus Kohlenstoff. Die Atome sind in ihnen angeordnet wie eine Rolle Maschendraht mit sechseckigen Waben. Diese Struktur macht Nanoröhren extrem stabil: Sie liegen nur einen Bruchteil von Stahl, sind aber mechanisch vielfach höher belastbar. Außerdem leiten sie elektrischen Strom ähnlich gut wie Kupfer. Anwendungen gibt es viele: Als Additive in Kunststoffen, Dispersionen, Metallen und anderen Werkstoffen optimieren Nanoröhren bestehende Eigenschaften oder ermöglichen sogar ganz neue. Und bei der Herstellung sparen sie obendrein noch Material ein.

Flexibles Design durch leuchtende Folien
Weltweit werden etwa 20 Prozent der elektrischen Energie für Beleuchtung verwendet. Effiziente Beleuchtungstechnologien wie beispielsweise LEDs (Leuchtdioden) können hier viel sparen. LEDs sind schon weit verbreitet und erobern immer neue Anwendungen, zum Beispiel beim Tagfahrlicht von Autos. LEDs sind hell, stromsparend und langlebig: Sie leuchten bis zu 100 Mal länger als herkömmliche Glühbirnen. Noch flexibler einsetzbar werden organische Leuchtdioden sein: die OLEDs. Sie bestehen aus mehreren nanometerdünnen organischen Schichten, von denen eine leuchtet, sobald ein schwacher Strom hindurchfließt. Da OLEDs extrem dünn und leicht sind, können sie als sehr kompakte oder großflächige neuartige Beleuchtungselemente  eingesetzt werden. So wird unter anderem an der Entwicklung angenehm leuchtender Tapeten gearbeitet. Heute werden OLEDs schon in Displays von Digitalkameras, Smartphones und MP3-Playern verwendet.

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