Nanotechnologie Kompetenz und Anwendung

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1 Nanotechnologie Kompetenz und Anwendung

2 Vorwort Was ist Nanotechnologie? Für Evonik Industries als kreativen Industriekonzern sind innovative Produkte und Systemlösungen ein wesentlicher Erfolgsfaktor. Eine Säule unserer Innovationsstrategie ist die Nanotechnologie. Als Schlüsseltechnologie bietet sie Lösungsansätze für drängende Aufgaben unserer Zeit. Nanotechnologie-basierte Produkte werden sich aber nur dann dauerhaft durchsetzen, wenn die Gesellschaft sie akzeptiert und ihren Nutzen erkennt. Evonik verpflichtet sich zu einem verantwortungsvollen Umgang mit der Nanotechnologie ganz im Sinne unseres Unternehmenswertes Verantwortliches Handeln. Zugleich informieren wir umfassend über die Nanotechnologie und beteiligen uns am gesellschaftlichen Dialog. Ein Beispiel für eine Innovation, die Mensch und Umwelt nutzt, ist unsere flexible keramische Membran SEPARION. Entwicklung und Herstellung sind uns nur mit der Nanotechnologie gelungen. SEPARION macht Lithium-Ionen-Batterien für größere Anwendungen etwa im Auto sicherer und leistungsfähiger und trägt so zur Verbreitung von Benzin sparenden Hybridfahrzeugen bei. Ich bin fest davon überzeugt, dass wir mit Hilfe der Nanotechnologie noch mehr Antworten auf Zukunftsfragen wie die nach dem möglichst effizienten Einsatz von Energie finden können. Nanotechnologie ist ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von Innovationen und Entwicklungen. Deren gemeinsamen Nenner bilden die Untersuchung, Herstellung und Nutzung sehr kleiner Strukturen von ungefähr einem bis 100 Nanometer. Ein Nanometer (nm) entspricht dem millionstel Teil eines Millimeters. Wie winzig diese Strukturen sind, veranschaulicht folgendes Bild: Stellt man sich einen Fußball im Verhältnis zur Erdkugel vor, so ist ein Nanopartikel ähnlich klein im Verhältnis zum Fußball. Evonik Industries hat jahrzehntelange Erfahrung in der Herstellung nanostrukturierter Materialien. Diese weisen dieselbe spezifische Oberfläche wie Nanopartikel auf, sind als Aggregate aber deutlich größer. Sein Wissen nutzt das Unternehmen, um neue Nanomaterialien und kreative Systemlösungen zu entwickeln. Die Abbildungen von Nanostrukturen in dieser Broschüre entstanden 2007 beim Nano & Art- Wettbewerb. Bild Seite 9 oben: Ansgar Pudenz, Deutscher Zukunftspreis Spela ˇ Peternel: Moon Station Dr. Alfred Oberholz Mitglied des Vorstandes der Evonik Industries AG 100 nm 2

3 Chancen und Nutzen Evonik betrachtet Nanotechnologie als Schlüsseltechnologie mit hoher wirtschaftlicher Relevanz. Sie wird in den kommenden Jahrzehnten die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen in allen wesentlichen Branchen stärken. Als Querschnittstechnologie ist sie Quelle für Innovationen mit hohem Wertschöpfungspotenzial in einer Vielzahl von Technologiefeldern. 50 µm Mehrere Studien bescheinigen der Nanotechnologie eine große Bedeutung für die Wirtschaft und den Arbeitsmarkt. Allein in Deutschland hängen bereits heute bis Arbeitsplätze von der Nanotechnologie ab. Die Zahl steigt weiter. Bis zum Jahr 2015 werden voraussichtlich alle Industriezweige nanotechnologische Komponenten und Verfahren einsetzen. Banken schätzen, dass das Marktvolumen bereits die 100-Milliarden-Dollar-Grenze überschritten hat. Nanomaterialien tragen dazu etwa ein Viertel bei. Sie sind damit Motoren für alle bedeutenden Wachstumsmärkte. Nachhaltige Entwicklung Große Chancen sieht Evonik für den Einsatz innovativer Nanomaterialien zur umweltschonenden Gewinnung, Wandlung und Speicherung von Energie, zur Oberflächenveredelung, für mobile Elektronik, Ressourcen schonende Katalysatoren und Fertigungsverfahren, für leistungsfähige Keramik-, Kunststoff- und Gummibauteile sowie in der Kosmetik. Monika Johanna Lelonek: Nano Grand Canyon weiter ausgebaut. Mit seinem Forschungs- und Entwicklungsbereich Creavis Technologies & Innovation erschließt Evonik zudem systematisch neue Geschäfte und integriert seine Kompetenz höchst erfolgreich in innovative Anwendungen wie druckbare Elektronik oder Lithium-Ionen-Batterien. Der kreative Industriekonzern Evonik ist sehr gut positioniert, um die Chancen des Zukunftsthemas Nanotechnologie zu nutzen: Zum einen verfügt er über jahrelange Erfahrung bei der Herstellung und im Umgang mit feinteiligen Stoffen und hat seine weltweit starke Technologieposition zur Bereitstellung von Nanomaterialien in den vergangenen Jahren systematisch 4 5

4 Nanotechnologie im Alltag Nanostrukturierte Materialien tragen bereits heute in Produkten des täglichen Lebens dazu bei, den Bedürfnissen Gesundheit, Komfort und Umweltschutz nachzukommen. UV-Schutz Evonik produziert bereits seit den 70er Jahren Titandioxid als mineralischen UV-Filter für die Kosmetik. Derzeit arbeitet der Konzern an der Entwicklung und Markteinführung von Zinkoxid als weiterem wirksamem Sonnenschutzfilter. Die kleinen Partikel filtern und reflektieren die energiereiche UV-Strahlung besonders effizient aus dem Sonnenlicht. Weniger Kratzer auf glatten Oberflächen Glänzende Lackoberflächen sind schön, aber empfindlich gegenüber Kratzern. Eine speziell nachbehandelte pyrogene Kieselsäure löst dieses Problem. Als anorganischer Füllstoff verbessert sie die Kratzfestigkeit des Lacks deutlich, die guten Verarbeitungseigenschaften bleiben erhalten. Lackieren ohne laufende Nasen Die Farbe tropft vom Pinsel und beim Auftragen auf senkrechten Flächen bilden sich unschöne Nasen. Durch das Beimischen pyrogener Kieselsäure von Evonik lässt sich das verhindern. Schließlich soll sich die Farbe gut und einfach verstreichen oder versprühen lassen, aber einmal aufgetragen soll es nicht zum Verlaufen kommen. Kleben auf Knopfdruck Im Automobilbau sind Klebestoffe mittlerweile unverzichtbar. Sie verbinden Materialien wie Metall und Kunststoff. Heißpressen sowie Öfen zum Aushärten werden dank MagSilica, winziger, von Siliziumdioxid umhüllter Eisenoxid-Teilchen, zum Teil nicht mehr benötigt. Diese fangen im Zusammenspiel mit einem Magnetfeld an zu schwingen. Die Wärme entsteht gezielt im Klebstoff, der dann schnell aushärtet. Das spart Heizenergie und beschleunigt den Produktionsprozess. Künftig lassen sich feste Klebeverbindungen durch Anlegen eines magnetischen Wechselfelds auch wieder ausschalten eine deutliche Erleichterung für das Recycling von Kunststoff im Auto. 6

5 Für sichere und leistungsfähige Hybridautos Hochspezialisierte, funktional sichere Separatormembranen sind ein Kernbestandteil leistungsfähiger Lithium-Ionen-Batterien. In Handys oder Notebooks finden diese bereits Verwendung. In energieintensiven Anwendungen wie Automobilen können sie nur dann eingesetzt werden, wenn sie deutlich höheren Sicherheitsanforderungen als bisher genügen. Evonik ist es gelungen, die flexible keramische Separatormembran SEPARION zu entwickeln, die die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien deutlich erhöht. Die Herstellung dieser Keramikmembran wird durch innovative Nanomaterialien möglich: Zum einen gelingt es, den für die Produktion von Keramik notwendigen Sinterprozess also das Verfestigen und Zusammenwachsen von Teilchen zu einer Keramik bei ausreichend niedrigen Temperaturen auf einem Polymervlies zu realisieren. Zum anderen entsteht eine Keramik, die porös und zugleich flexibel ist. Die Tests beweisen, dass die neue Batterietechnologie alltagstauglich, verlässlich und sicher ist. Zugleich geht Evonik Industries seinen Weg als Systemanbieter für Lithium-Ionen-Batterien konsequent voran. In Kamenz produziert Evonik seit Ende 2006 Anoden und Kathoden. Li-Tec, ein Unternehmen, an dem Evonik mit 20 Prozent beteiligt ist, bezieht diese ebenso wie SEPARION von Evonik und stellt daraus in Kamenz großvolumige Lithium-Ionen-Batterien her. Zukünftige Anwendungen: in Hybrid- und Vollelektrofahrzeugen und in großen stationären Energiespeichern etwa für Strom aus erneuerbaren Energien. Petra Göring: Spore 1 8 Ressourcen sparen Die besonders leistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterien sollen in Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen. Das spart Treibstoff, Geld und entlastet die Umwelt. Bereits seit mehr als zwei Jahren sind in einem Serienfahrzeug testweise Lithium-Ionen- Batterien mit dem neuen flexiblen keramischen Separator im Einsatz: Evonik Industries und sein japanischer Kooperationspartner ENAX, der in Yonezawa hochleistungsfähige Batterien fertigt, haben ein serienmäßiges Hybridauto auf Lithium-Ionen-Technologie umgerüstet. 9 µm

6 Verantwortung und Dialog Der Schutz der Gesundheit von Mitarbeitern und Kunden sowie der verantwortungsvolle Umgang mit der Umwelt sind integrale Bestandteile des unternehmerischen Handelns von Evonik. Der Konzern produziert und vermarktet Nanomaterialien nur, wenn sie nach vorliegenden Erkenntnissen sicher und umweltverträglich produziert und angewendet werden können. Bei der Herstellung feinteiliger Stoffe wird ein bestmöglicher Schutz von Mensch und Umwelt erreicht, indem in geschlossenen Anlagen produziert wird. Dazu kommen weitere technische Maßnahmen wie Filter, Absaugeinrichtungen und bei Bedarf auch persönliche Schutzausrüstung. Am Arbeitsplatz sichern wiederkehrende Partikelmessungen und regelmäßige werksärztliche Betreuung die Wirksamkeit der Maßnahmen ab. 3 µm Die Sicherheit der Produkte wird mit größter Sorgfalt und nach neuesten Erkenntnissen überprüft. Zum Beispiel gingen Produktsicherheitsexperten von Evonik der Frage nach, ob die als Agglomerate vorliegenden nanostrukturierten Produkte sich in künstlicher Lungenflüssigkeit zu Nanopartikeln zersetzen können. Am Beispiel Titandioxid zeigen sowohl Experimente als auch Berechnungen, dass die Agglomerate in der Lungenflüssigkeit nicht in Nanopartikel zerfallen. Evonik-Experten testeten, ob nanostrukturiertes Zinkoxid eine erhöhte Toxizität hat. Dazu wurden gelöste Zink ionen, gröberes Zinkoxid und das nanostrukturierte Zinkoxid miteinander verglichen. Nanostrukturiertes Zinkoxid zeigt keine erhöhte Toxizität. Vielmehr beobachtet man größenunabhängig die bereits seit langem bekannte Wirkung gelöster Zinkionen. NanoCare, das sich vor allem dem Gesundheitsschutz widmet und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird. Vertreter des Konzerns nehmen am NanoDialog der Bundesregierung teil. Dort diskutieren Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft, Behörden und Verbänden die Chancen der Nanotechnologie und Maßnahmen zur Vermeidung möglicher Risiken. Mit dem Ziel, offene Fragen zu beantworten und Untersuchungsmethoden zu verbessern, wirken Evonik-Mitarbeiter auf internationaler Ebene in Arbeitsgruppen von ECETOC, dem europäischen Zentrum für Ökotoxikologie und Toxikologie von Chemikalien, des europäischen Chemieverbandes CEFIC, der internationalen Organisation für Normung ISO und der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) mit. Lisa Hamel: PLA-Fasern Evonik fördert die Diskussion über Chancen und Risiken der Nanotechnologie und setzt sich dafür ein, der Gesellschaft diese Technologie transparent zu machen und ihren Nutzen zu verdeutlichen. Die Entwicklung der Nanotechnologie begleitet Evonik im offenen Dialog mit Verbrauchern, Umweltverbänden 10 und Behörden. Das Unternehmen ist Partner im Projekt 11

7 Evonik Industries AG Rellinghauser Straße Essen t e l e f o n t e l e fa x www. evonik.com Koordinator Nanotechnologie Dr. Markus Pridöhl t e l e f o n t e l e fa x e-m a i l markus.pridoehl@evonik.com www. evonik.de/nanotechnologie