Nanomaterialien: in Architektur, Innenarchitektur und Design 9783764382292, 9783764379940

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Nanomaterialien

Sylvia Leydecker

Nanomaterialien in Architektur, Innenarchitektur und

Desizn

Mit Vorworten von Harold Kroto und Michael Veith und Beitr~izen yon Marius K61bel und Sascha Peters

Birkh~iuser Basel. Boston-Berlin

,,The Medium is the Message"- in diesem Sinne wurde das beigelegte Muster freundlicherweise yon Evonik zur Verf0gung gestellt. Es handelt sich um eine neuartige flexible Keramik, die als strapazierfbhiger, pflegeleichterWandbelag klassischen Tapeten und Wandfliesen Konkurrenz machen kOnnte. Aufgrund ihrer keramischen Natur ist sie kratz- und schlagfest, wasserabweisend, chemikalienbest~ndig, brandwidrig und UV-stabil und kann dennoch als Rollenware einfach gehandhabt werden.

Grafische Gestaltung und Umschlaggestaltung: Miriam Bussmann, Berlin Obersetzung des Vorworts von Harold Kroto: Thomas Menzel, L6rrach Dieses Buch ist auch in englischer Sprache erschienen: ISBN 978-3-7643-7995-7 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet 0ber http://dnb.d-nb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich gesch0tzt. Die dadurch begr0ndeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielf~ltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielf~ltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zul~ssig. Sie ist grunds~tzlich verg0tungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts.

In diesem Buch werden etwa bestehende Patente, Gebrauchsmuster, Warenzeichen u.a. in aller Regel nicht erw~hnt. Wenn ein solcher Hinweis fehlt, heilgt das nicht, dass eine Ware oder eine Warenname frei ist. Aufgrund der Vielzahl der unterschiedlichen genannten Materialien und Produkte war einejeweilige Pr0fung hinsichtlich eines eventuell vorhandenen Markenschutzes nicht mOglich. Im Zuge einer einheitlichen Handhabung wurde deshalb auf die Setzung von Warenzeichen (z.B.| TM) in aller Regel verzichtet.

9 2008 Birkh~user Verlag AG Basel. Boston. Berlin Postfach 133, CH-4010 Basel, Schweiz Ein Unternehmen der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media Gedruckt auf s~urefreiem Papier, hergestellt aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff. TCF oo Printed in Germany ISBN 978-3-7643-7994-0 987654321 www.birkhauser.ch

Inhalt

9

Vorwort von Harold Kroto

10

Vorwort von MichaelVeith

12 20 26 32

Was ist Nanotechnologie? Entwicklung der Nanotechnologie Kohlenstoff- neue Morphologien Allgemeine Marktentwicklung

34

Nanoprodukte

40

Form Follows Function?

42 44

Okologie und @konomie Steckt der Teufel im Teilchen?

50

Nanotechnologie und Produktdesign

56

Funktionen und Anwendungen

58 64 66 68 70

Selbstreinigend: Lotus-Effect ~ Museum der Ara Pacis, Rom Gesch~iftsgeb~iude, Pula Wohnhaus, Aggstall Wohnhaus Strucksbarg, Hamburg

72

Selbstreinigend: Photokatalyse M u h a m m a d All Center, Louisville, Kentucky Hyatt Regency Garden Chapel, Osaka Narita InternationalAirport of Tokyo, Chiba A K T - A m Kaiser's Turin, Heilbronn east Hotel, Hamburg G-Flat, Tokio Wohnhaus Kurakuen, Hyogo Wohnhaus Senti NewTown, Osaka House in Creek, Hiroshima Behindertengerechte Alterswohnungen, Frick MSVArena, Duisburg Kinderspielplatz, Kagawa

78

80 81 82 83 84 86 87 88 89 90 91 92 98 i00 102 104 106

Inhalt. 415

Easy-to-dean Science to Business Center Nanotronics & Bio, Mar] Kaldewei Kompetenz-Center, Ahlen ginfamilienhaus, grlenbach Modern Classicism, Shanghai Stadtlounge/Lichtbubbles, St. Gallen

Luftreinigend

108 114 116 117

Atelier und Villa eines Kalligrafen, Ymanashi Fufgweg am Leien Boulevard, Antwerpen Jubilee Church, Rom

118

Anti-Fog

120

Duftkapseln

122

Whrmedhmmend: Vakuum-Isolations-Paneele

125

Dienstleistungszentrum Sonnenschiff, Freiburg Wohn- und Gesch~iftshaus Seitzstrafge, Miinchen

126

128 132 133 134 135

W~irmed~immend: Aerogel County Zoo, Milwaukee, Wisconsin Schulerweiterung, London Sportanlage, Carquefou Fabrikgeb~iude, Zaisertshofen

136

Temperaturregulierend: PCM

141

Alterswohnen ,,Sur Falveng", Domat/Ems

142

UV-Schutz

144

Abdunkelnd

Inhalt. 617

146 148 150

Feuerbest~indig Zentrale Deutsche Post, Bonn Waverley Gate, Edinburgh

152

Anti-Graffiti

156

Neue Mitte Ulm

158

Hofjiiger Palais, Berlin

160

Antireflex

162 166 168

Antibakteriell Wohnsiedlung, Duisburg

169 170

OP-Saal, Goslar OP-Saal, Berlin Prototyp eines Patientenzimmers, Berlin

172

Anti-Fingerprint

176

Kratz- und abriebfest

178

Ganzheitlicher Einsatz yon Nano-Oberfl~ichen in der Innenarchitektur

180

Dank

181 184

Personen Messen, Tagungen/Konferenzen und Events

186

Quellen, Informationen, Bildnachweis

Das Hexagon ist in der Natur h~ufig anzutreffen: vom Schildkr6tenpanzer bis hin zu Schaumstrukturen und Buckyballs. In Design und Architektur spielt diese Formensprache aktuell wieder verst~irkt eine Rolle. Das Schwimmstadion fi.ir die Olympiade in Beijing 2008 spielt mit den Dimensionen.

Vorwort

von Harold Kroto MAt dem beginnenden 21. Jahrhundert sAnd m e h r und m e h r chemische Verfahren durchftihrbar geworden,

sie versprechen, auf nahezu jedem m6glichen Feld zukiinftiger Technik, von tier Medizin und der Mikroelek-

die mittels des Bottom-up-Ansatzes Materialien mit

tronik his hin zum Bauingenieurwesen, eine zentrale

genau speziflzierten atomaren und mo]ekularen Infra-

Rolle zu spielen. Neben den auf Kohlenstoff basieren-

strukturen herstellen. Dagegen ist der Top-down-An-

den Strukturen ward auch das Verhalten zahlreicher

satz, tier so gute Dienste geleistet hat, offensichtlich an

anderer Materialien mat molekularen oder erweiterten

fundamentale C-renzen gestof{en. Es gait und gilt das

atomaren Anordnungen im Nanomaf{stab e r f o r s c h t -

Versprechen dieser Materialien aufbessere Verhaltens-

mat ~ihnlich aufregenden Erfolgsaussichten. Raffinierte

weisen einzul6sen, zu denen eine stark verbesserte

Strategien for die Sch6pfung yon Molektilen mAt kom-

Zugbeanspruchung sowie b e s t i m m t e elektronische

plexen, genau speziflzierten Strukturen und Funk-

und magnetische Eigenschaften geh6ren. Die neuen Fors'chungsans~itze in der Materialwissenschaft haben

tionen sAnd entwickelt worden, im Wesentlichen yon Molektilen, die ,,etwas tun". Tats~ichlich kann das inter-

sich m e h r und m e h r zu dieser origin~ir chemischen

disziplin~ire Feld der N&N als die avancierteste Wissen-

Perspektive hin verschoben und alas Gebiet erhielt ei-

schaft des 21. Jahrhunderts anzesehen werden. Sie ist

nen neuen Namen: Nanoscience und Nanotechnologie (N&N). Dabei ist es nattirlich keineswegs ein vollkommen neues Cebiet, da die Biologie alle ]ebenden Syste-

aus dem besseren Verst~indnis und der gekonnten Anwendung der chemischen Prinzipien hervorgegangen,

me nach tier Blaupause tier DNS Atom ftlr Atom und Molektil for Molektil konstruiert hat. Im Zuge dieser neuen Entwicklungen wurde vollkommen unerwartet eine Familie yon K~iflgmolektilen aus Kohlenstoff mat

die der Festk6rperphysik, der Molekularbiolozie und der Werkstofftechnik unterliegen. Verbesserungen im

faszinierenden Eigenschaften entdeckt, die Fullerene

Verhalten von Materialien sAnd bereits erreicht worden, und wenn wir die Probleme der Feinkontrolle tiber die chemische Selbstorzanisation nach dem Bottom-upPrinzip 16sen k6nnen, dann werden wAr einen umfas-

und ihre lang gestreckten Verwandten, die Nanor6hren

senden Paradigmenwechsel in den Materialwissen-

(Buckytubes). MAt den Eigenschaften, tiber die diese Molektlle verftlgen, sollten einige Verheif{ungen tier

schaften erleben, mat Anwendungen, die von tier Mikro-

Materialwissenschaft und -technik des 21. Jahrhun-

Solche Fortschritte trazen entscheidend zur Entwick-

derts Wirklichkeit werden k6nnen. Diese Ikonen der

lung jener nachhaltigen Technologien bei, die for das

N&N sAnd heute Gegenstand intensiver Forschung, weal

0ber]eben der Cattung Mensch notwendig sAnd.

V o r w o r t v o n Harold Kroto 98 I 9

elektronik his hin zum Bauingenieurwesen reichen.

Vorwort

von Michael Veith Ftir einen,,Nano-Physiker", der an Quantendots forscht,

nicht streuen, aber dennoch ihre UV-absorbierende

ist die Arbeit eines ,,Nano-Chemikers", der eine kratz-

Wirkung entfalten. Im Augenblick erscheinen sie als

feste Oberfl~iche entwickelt, meist fremd. Die unter-

gesundheitlich unbedenklich. Liposome als Container

schiedlichen Sichtweisen und Arbeitsbereiche der be-

flit kosmetische Inhaltsstoffe werden bereits seit meh-

teiligten Disziplinen machen es unm6glich, pauschali-

reren Jahren yon den Marketingexperten beworben.

sierte Aussagen zum heutigen Realisierungsgrad der

Auch das ist Nanotechnologie. Doch die Wissenschaft-

Nanotechnologien zu treffen. In den K6pfen von Wis-

ler haben mehr im Sinn als Antifaltencremes. Sie wol-

s e n s c h a f t l e r n - und auch in den K6pfen von Journalis-

len auf diesem Weg pharmazeutische Wirkstoffe ein-

ten - gibt es faszinierende Ideen filr den Einsatz der

kapseln und die Molektlle an der Oberfl~iche der Lipo-

neuen Kohlenstoff-Nanor6hrchen. Die mechanischen

some so behandeln, dass sie das Medikament zielge-

und elektrischen Eigenschaften dieser Kohlenstoff-

richtet nur an bestimmte, kranke Zellen im K6rper

strukturen k6nnen theoretisch bestens vorhergesagt

abgeben.

werden, jedoch sind geeignete Prtifmethoden ftlr die

Die gr6f[te wirtschaftliche Relevanz im Nano-Kontext

Bestimmun Z der Materialparameter in der Praxis bes-

kommt allerdings den so genannten Neuen Materialien

tenfalls im Ansatz vorhanden. Und auch wenn solche

zu. Diese Materialien sind nicht nur in ihrer Dimensio-

,,Carbon-Nanotubes" schon industriell hergestellt wer-

nierung neu, sondern verleihen beispielsweise Oberfl~i-

den, ist die Fertigun Z eines stabilen Seils, das in den Augen der Vision~ire aufgrund seiner hohen mechani-

chen v611iZ neue Eigenschaften, die sich summarisch ergeben. Dabei geht das Anwendungsgebiet von ein-

schen Stabilitiit den Bau eines Aufzugs ins All erm6gli-

stellbaren Hafteigenschaften, tribologischen Besonder-

chen soll, derzeit welt von unseren technischen M6g-

heiten wie hoher Gleitf~ihigkeit, ein- und ausschaltba-

lichkeiten entfernt,

rem Magnetismus, schaltbarer Lichtabsorption, leitf~i-

Hier und auf vielen Gebieten stecken die Nanowissen-

higen transparenten Schichten, Lichtdiffusern usw. bis

schaften noch in den Kinderschuhen. In anderen Berei-

hin zu Diimmmaterialien im Baugewerbe, die gegen-

chen hingegen, etwa in der Pharmazie und in der Kos-

tiber herk6mmlichen eine ebenso gute D~immung bei

metik, ist der Einsatz von nanotechnologischen Inhalts-

etwa zehnmal geringerer Dicke aufweisen.

und Filllstoffen kaum mehr wegzudenken. Wir haben

Die Vielzahl von nanotechnologischen Produkten in

uns schon an Sonnenschutzcremes gew6hnt, die bei Lichtschutzfaktoren von 20 oder 30 transparent auf der

diesem Bereich unterstreicht die wirtschaftliche Relevanz der Neuen Materialien. Forschungsinstitute wie

Haut wirken. Dies ist nut m6glich mit Titandioxid-Par-

das Leibniz-Institut fftr Neue Materialien INM haben

tikeln, die so klein sind, dass sie das auftreffende Licht

sich generell dieser Technik zugewandt. Man daft dabei

nicht vergessen, dass Nanotechnologie eine ,,enabling technology" ist. Sie leistet vornehmlich die Verbesse-

Dabei sind die hier aufgezeigten Beispiele nur ein Anfang. Im Mus6e d'Art Moderne in Paris gibt es 2 x 3 m

rung vorhandener Produkte, nicht die Schaffung v611ig grof{e metallische Platten als Kunstwerke, die je nach neuer Produkte. Wenn ein herk6mmlicher Korrosionsschutzlack auf Chrom-VI-Basis durch eine ungiftige Nanobeschichtung ersetzt wird, die zudem wesentlich dilnner und damit ressourcenschonender ist,bringt das wirtschaftlicheVorteile und leisteteinen entscheidenden Beitrag zur Nachhaltigkeit. Ebenso ist die Energieeinsparung ein grof[esThema. Es wird k a u m ein Produkt geben, dessen Eigenschaften sich nicht sinnvoll mit Nanotechnologie verbessern lassen- Veredelung in Design und Haptik eingeschlossen. Diese Aussage scheint von zentralerBedeutung zu sein, hat das Rennen der Wettbewerber u m die besten Positionen doch schon begonnen. Zwar w~ichst die Zahl der interessierten Unternehmen, doch ist die Vorstellung, dass die Nanotechnologie sich nur in den Laboren der Universit~iten abspielt und ftlr das eigene Unternehmen keinen Wettbewerbsvorteil haben k6nne, noch weit verbreitet. ]eder Versuch, Nanotechnologie zu erkl~iren und aufzuzeigen, ist daher zu begrilf{en. Die Idee dieses Buches, Anwendungen einer bestimmten Branche herauszustellen und Neue Materialien aus Sicht der Architekten, Innenarchitekten und Designer zu betrachten, ist der richtige Weg, Menschen zu begeistern, sich mit einer neuen Technologie- auch kritischauseinanderzusetzen, die ansonsten kaum den Zugang zu einem wissenschaftlichen Fachbuch tiber Nanowissenschaften und -technologien finden wtirden.

V o r w o r t v o n M i c h a e l Veith 9 10 I ] 1

Blickwinkel unterschiedliche Farben zeigen (Farben dilnner Schichten).W a n n werden wir solche nanotechnologischen Schichten an Fassaden von H~iusern bewundern k6nnen?

Was ist Nanotechnologie?

WINZIG

Ab 100 nm abw~irts.

Nanotechnologie als Begriff und Thema ist derzeit in

Schicht l n m d i c k - soviel wachsen flbrigens die Finger-

aller Munde und wird reichlich strapaziert. Trotzdem

n~igel eines Menschen in einer Sekunde.

wissen die wenigsten, auch die wenigsten Gestalter,

In dem berfihmten Film ,,Powers of Ten" der Designer

was es eigentlich ist und was man damit anfangen

Charles und Ray Eames, der als Klassiker auf diesem

kann. Mit Sicherheit aber handelt es sich in der Sache

Gebiet gelten kann und der heute Kultstatus besitzt, wird eine Reise durch die Zehnerdimensionen in den

u m mehr als eine vorflbergehende Mode. Im Gegen-

teil- die Nanotechnologie steckt noch in ihren Kinder- Kosmos gezeigt, was die Unterschiede zwischen den schuhen und erwartet eine ~iuf~erstvielversprechende

Dimensionen deutlich vor Augen fflhrt.Dieser sehens-

Zukunft, die die Welt ver~indern wird.

werte Film von 1977 ist fiber das Eames Office in den

,,Nano" k o m m t aus dem Griechischen (nanos, lat. na-

USA noch heute zu beziehen und kann unproblema-

nus) und bedeutet ,,Zwerg" - so fangen viele Berichte

tisch fiber Internet dort bestellt werden.

fiber Nanotechnologie an, so soll es auch hier sein. Ein

Ftir den noch relativ neuen Begriff Nanotechnologie

Nanometer (nm) entspricht einem Millionstel Millime-

gibt es bisher international keine klare und allgemein

ter (1/1000000mm = 10-6mm) bzw. einem Milliardstel

gflltige Definition, er steht aber flblicherweise als Ober-

Meter (1/1000000000m = 10-9m), oder auch einem

begriff fflr unterschiedlichste Arten der Analyse und

80000stel (die Angaben variieren zwischen 50000stel

Bearbeitung von Materialien im nanoskaligen Bereich. Als Nanotechnologie l~isst sich von daher gesehen grob

und 100000stel) eines Haardurchmessers, und ist etwa fiinf bis zehn Atome grog. Eine Milliarde Nanometer

alles bezeichnen, was sich im Gr6f[enbereich unter ergeben einen Meter- es geht also u m winzigste Di- 1 0 0 n m bewegt. Diese Grenze wurde deshalb gew~ihlt,

mensionen. Sichtbares Licht bewegt sich im Bereich

weil an ihr quasi ein ,,Knick in der Natur" stattfindet.

zwischen ca. 400 und 8 0 0 n m Wellenl~inge, und da sich

Hier ver~indern sich die Materialeigenschaften der Fest-

die Lichtstreuung bei kleineren Partikeln enorm redu-

k6rper auf Grund ihrer Gr6f{e, z u m Beispiel wechselt

ziert, werden diese schlief[lichunsichtbar. Yon ,,Nano" Gold seine Farbe und wird rot.Ab 1 0 0 n m abw~irts f~ingt ist mit blof[en Augen nichts zu sehen,

es an besonders spannend zu werden.

Gr6f~envergleiche helfen der Vorstellungskraft a m bes-

Die Definition des Bundesministeriums ftlrBildung und

ten auf die Sprflnge- dieser stelltden g~ingigsten dar:

Forschung (BMBF) in Deutschland drflckt es folgender-

Ein Nanometer verh~ilt sich in seiner Gr6f[e zu einem

maf~en aus: ,Nanotechnologie beschreibt die Unter-

Fur[ball so wie der Fuf~ball zur Erde. Wflrde m a n einen

suchung, A n w e n d u n g und Herstellung von Struktu-

Wassertropfen auf i m 2 Fl~iche verteilen, w~ire die

ren, molekularen Materialien und Systemen mit einer

Die leuchtend blaue Farbe der SchmetterlingsflCigel entsteht durch Lichtreflektion - ganz ohne Farbstoff. Die Fl~igel sind von nanostrukturierten Schuppen bedeckt, die das Licht reflektieren und durch Interferenz alle Farben his auf den blauen Anteil ausl~schen. Solche physikalisch entstehenden Farben verblassen nicht. Deshalb versuchen Forscher den Effekt mit Lacken und auch Folien kCinstlich zu erzeugen. Gold-Nanopartikel gelten als idealer,,Baustoff" fCir Nanostrukturen. Ihre einzigartigen optischen, elektronischen sowie katalytischen Eigenschaften sind besonders interessant.

Dimension oder Fertigungstoleranz typischerweise un-

von nanoskaligen Ph~inomenen u n d Materialien zu ge-

terhalb von 100 N a n o m e t e r n . Allein aus der Nanoska-

langen u n d daraus Strukturen, Ger~ite u n d Systeme zu

ligkeitder Systemkomponenten resultieren dabei neue

schaffen u n d zu verwenden, die auf Grund ihrer klei-

Funktionalit~iten und Eigenschaften zur Verbesserun Z

n e n u n d / o d e r m i t t l e r e n Gr6f{e neuartige Eigenschaften

bestehender oder Entwick]un Z neuer Produkte und Anwendungen."

u n d Funktionen aufweisen. Solche n e u e n u n d speziftschen Eigenschaften e n t s t e h e n typischerweise erst bei

Oder u m es mit den Worten des a m e r i k a n i s c h e n Na-

einer kritischen L~ingenskala von u n t e r 100nm. Nano-

noscale Science, Engineering, and Technology (NSET)

technologische Forschung u n d Entwicklung b e i n h a l t e t

S u b c o m m i t t e e des U.S. National Science and Technolo-

die kontrollierte H a n d h a b u n Z von nanoskaligen Struk-

ZY Council (NSTC, White House), welches die National

turen u n d deren Integration in gr6f[ere materielle Kom-

N a n o t e c h n o l o z y Initiative (NNI) koordiniert, zu def-

p o n e n t e n , Systeme u n d Architekturen. Innerhalb sol-

nieren:

cher gr6f{eren Baugruppen finden die Kontrolle u n d

,,(Nanotechnologie ist die) Forschun Z u n d technische

das Modellieren von deren Strukturen u n d Komponen-

Entwicklun Z auf atomarer, m o l e k u l a r e r u n d m a k r o m o -

ten im nanoskaligen Mar[stab start. In b e s t i m m t e n F~il-

]ekularer Ebene, in der L~ingenskala von etwa i b i s 100

len k a n n die kritische L~ingenskala for so]che neuarti-

Nanometer, u m zu e i n e m g r u n d l e g e n d e n Verst~indnis

gen Eigenschaften u n d Ph~inomene u n t e r 1 n m liegen

Was ist Nanotechnologie?- 12 t 13

H o m e - W i l l k o m m e n an Bordi

Start 10 ~ Reisebeginn im Stral3encaf~

Egotrip 10 -~ - Rodeo in der Savanne

10 ~5- T-26 in geheimer Mission

10 -6- Besuch in der Zentralstation

10 -7 - Im Chromatin-Dickicht

10 -11 - Boxenstopp beim Elektronen-Rennen

10 -12 - Auf der Suche nach neuen Wegen

10 -13 - Auf dem Weg zur ultimativen Kraft

,Nanoreisen, Abenteuer hinter'm Komma" zeigen die Mikro- und Nanowelt durch einen virtuellen Ausflug in kleinste Dimensionen. Der Filmstrip des VDI Technologiezentrums (Idee, Konzept und Realisierung" Agentur Lekkerwerken, if communication design award, gold, 2005) ist als CD und Download erh~iltlich. Auf verschiedenen Reiserouten kann man die sonst unsichtbaren Welten und die kleinsten Dimensionen unseres Universums erforschen. Die hier gezeigte Reiseroute ist der sogenannte ,Ego-Trip"

10 .2 - Raubtierf(Jtterung in Transsilvanien

10 .3 - Im tropischen Haarwald

10 -4- Rush-Hour im Kapillarsystem

10 -8 - Erlebnispark Helix-World

10 -9 - Schnorcheln im Genpool (Nano-Ebene)

10 -1~ - Schwerelos im Wolkenorbital

10 -14- Protonen-Ballett im Kernkraftwerk

10 -15 - Gala-Dinner mit Feuerwerk

10 -~6 - Egotrip Ende - . M a c h Dich auf den Weg in die kleinen Welten ..."

Was ist Nanotechnologie? 9 14 I 15

Am Beispiel von Sand ist klar erkennbar, wie

in L6sungen mit abnehmender Partikelgr61~e die Transparenz zunimmt. Bei kleinster Partikelgr6ge im Nanometerbereich (rechts) erscheint die L6sung trotz 50 % Feststoffanteil transparent, so dass sogar ein Laserstrahl sichtbar wird. Die Grafik verdeutlicht die Gr61~enverh~iltnisse durch den Vergleich verschiedener Mal~st~be, yore gel~ufigen Meter bis hin zum Nanometer.

(z. B. bei der Handhabung von Atomen bei -0.1 nm) oder

Unabh~ingig von ihrer kiinstlichen Produktion kommen

aber auch gr6fger als 100nm sein (z.B. gewinnen Nano-

Nanopartikel auch in natilrlichen Materialien wie zum

partikel-verst~irkte Polymere ihre einzigartige Eigenschaft bei - 2 0 0 - 3 0 0 n m als Funktion der lokalen Brilcken bzw. Bindungen zwischen Nanopartikeln und dem

Beispiel Ton, einem der Bestandteile des Lehms, vor, der einen hohen Anteil nattlrlicher Nanopartikel enth~ilt. Darin liegen Eigenschaften wie Frostbest~indigkeit, Fes-

Polymer)."

tigkeit und Dauerhaftigkeit begrtindet. Ein weiteres Bei-

Nanopartikel, auch Nanoteilchen genannt, messen nur

spiel aus der Natur ist Perlmutt, das ebenfalls aufzrund

wenige Nanometer und bestehen aus wenigen his meh-

seiner Nanostruktur ~iuf[erst stabil ist.

reren tausend Atomen. Das Material selbst, aus dem die

Die ultradtinnen und unsichtbaren Nanobeschichtun-

Nanopartikel bestehen, ist keineswegs etwas Besonde-

gen, die heute im Mittelpunkt der Anwendungen ftlr

res. Die Ausgangsmaterialien ftir Nanopartikel sind or-

Gestalter stehen, besitzen in der Regel eine Schichtdi-

ganisch oder anorganisch und bestehen beispielsweise aus Silber oder Keramik. Es k6nnen Elemente sein, zum Beispiel Kohlenstoff, oder auch Verbindungen, beispielsweise Oxide, oder es kann sich um Kombinationen verschiedener Verbindungen oder Elemente handeln. Der Clou liegt also nicht im Material als solchem, sondern in der Gr6f[e der Partikel. Nanopartikel verff]gen in Relation zu ihrer Gr6f[e tiber eine riesige Ober-

cke yon 5-1~nm. Die richtige Schichtdicke stellt sich beim Aufbringen einer Beschichtung beispielsweise durch Sprtihen automatisch ein, ein Ph~inomen, das man mit dem Begriff ,,Selbstorganisation" bezeichnet. Auf einem Quadratzentimeter befinden sich dann Milliarden von Nanopartikeln. Die Herstellung solcher ultradtinnen Schichten mit Hilfe der Chemie erfolgt im sogenannten ,,Bottom-up"-

fl~iche. Ein an sich tr~iges Material wird deshalb in dieser

Verfahren, das heif{t man entwickelt vom Kleinen ins

Dimension pl6tzlich hoch reaktiv und damit ffir viele

Grof[e, beginnend beim Atom und resultierend im gewtinschten Produkt. Bei der konventionellen Herstellung von Ausgangstoffen wurde und wird prinzipiell das ,,Top-down"-Verfahren angewandt, bei dem ein Material beispielsweise durch Mahlen bis zur gewtinschten Gr6f[e verkleinert wird. Nanotechnologie im Gesamten, also auch auf[erhalb der Anwendun Z f(ir Beschichtungen, bedient sich beider Verfahren. Nanopartikel k6nnen in L6sungen verarbeitet werden, die trotz eines grof~en Feststoffanteils transparent

Nutzungen, etwa als Katalysator, ~iuf~erst interessant. Dabei lagern sich die Nanopartikel gem aneinander an. Nanopartikel mit weniger als 1000 Atomen, also besonders kleine Nanopartikel, werden Cluster genannt. Da die Nanopartikel unsichtbar sind, weil sie kleiner als die Wellenl~inge sichtbaren Lichts sind und damit das Licht nicht mehr streuen, kann eine L6sung beispielsweise bei 60 % Feststoffanteil aus Nanopartikeln immer noch durchsichtig sein.

Was ist Nanotechnologie? 9 16117

bleiben. Eine andere M6glichkeit der Verarbeitung sind Nanopuder. Nanobeschichtungen k6nnen grunds~itzlich auf herk6mmliche Weise durch Spriihen, Tauchen usw. aufgebracht werden. Fiir das Bauwesen ist Nanotechnologie eine ,,enabling technology", das heigt eine Basistechnologie, die dazu dient, andere technologische Entwicklungen erst zu erm6glichen. Verschiedene wissenschaftliche Disziplinen greifen ineinander und arbeiten zunehmend interdisziplin~ir: Biologie, Physik und Chemie genauso wie ingenieurtechnische Bereiche Im architektonischen Planungsprozess ist das Zusammenbringen des F a c h wissens verschiedener Fachplaner, und damit deren Zusammenarbeit, schon frilhzeitig n6tig Bei der Verwendung von Nanotechnologie in den gestaltenden und konstruierenden Disziplinen geht es h~iufig um die Optimierung von bestehenden Produkten oder bekannten Materialien Von grogem Interesse ist dabei die Entwicklung neuer Funktionalit~iten, also von Eigenschaften, die ohne Nanotechnologie nicht erreicht werden k6nnten, oder auch von Multifunktionalit~it Damit einher gehen eine bessere Wirtschaftlichkeit und Ressourcenschonung Schadensvermeidung kann eine weitere sinnvolle Zielsetzung sein Bei der Einftihrung neuer Technologien in einem Anwendungsbereich wie dem Bauwesen sollte grunds~itzlich immer die Frage gestellt werden: Was bringt es ? Bei der Anwendung der Nanotechnologie geht es sowohl um ,,added value", um Zusatznutzen, als auch um ,,market demand", um die Marktbedilrfnisse, an denen

sich Produktentwicklungen orientieren. Auch gutes Design orientiert sich grunds~itzlich am Bedarf, und auf diese Weise flndet eine Evolution sowohl der Nanomaterialien als auch der Nanoprodukte s t a t t - langfristig werden sich Materialien und auch Produkte, ftlr die ein Bedarf vorhanden ist, etablieren, w~ihrend andere wieder vom Markt verschwinden werden. Der Einsatz von Nanotechnologie ist also kein Selbstzweck, sondern folgt der intensiven Nachfrage nach I n n o v a t i o n e n und dazu geh6rt durchaus auch der Marketingfaktor Nanotechnologiebietetkonkreten Nutzen, unabh~ingig vom Marketingfaktor, auf den folgenden Gebieten: 9 Optimierung von bereits bestehenden Produkten 9 Schadensvermeidung 9 Reduzierung von Gewicht bzw Volumen 9 Reduzierung von Produktionsschritten 9 Sparsamer Materialeinsatz 9 Reduzierung von Pflegeaufwand (leichte Reinigung, gr6gere Reinigungsintervalle) bzw 9 Betriebsunterhalt Und in der Folge davon 9 Reduzierung von Rohstoff- und Energieverbrauch

9 9 9 9

Verminderung des C02 AusstolZes Ressourcenschonung Wirtschaftlichkeit Komfort

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Haares, mit Schriftzug versehen. Haarspalterei in Vollendung - ebenfalls unter dem REM.

Mit der Nanotechnologie rilckt das maf[geschneiderte sehen, sondern der Kostenfaktor. In der Praxis ist es Material mit individuellem Eigenschaftsprofil start des nicht entscheidend, ob ,,Nano" mit im Spiel ist, sondern g~ingigen Katalogwerkstoffs in greifoare N~ihe. Oberfl~i- ob die Sache unter Realbedingungen dauerhaft funktichen emanzipieren sich deutlich, verfiigen fiber klar oniert. Industrielle Standards, Prilfmethoden, Langzeitdefinierte Funktionen und k6nnen sich dabei grundle- tests und Giitesiegel, die in der Entwicklung sind, komgend von beschichtetem Material unterscheiden, men diesem Bedilrfnis entgegen. Filr den zu fordernden Leitgedanke der Nanotechnologie ist grunds~itzlich ira-

materialgerechten, zielgerichteten und sinnvollen Ein-

met der Einsatz geringster Mengen an Rohstoffen und

satz der Nanotechnologie stehen dabei aus der Per-

Energie. ,,Nano" steht damit sowohl 6kologisch als auch 6konomisch betrachtet langfristi gauf der Gewinnerseire. Triebfeder der Entwicklung ist dabei in aller Regel nicht die Innovation an sich, das muss man illusionslos

spektive der Bauherrschaft bzw. der Nutzer die Asthetik, Funktionalit~it, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit im Fokus.

Was ist Nanotechnologie? 9 18 I 19

Entwicklung der Nanotechnologie

. T H E R E ' S PLENTY OF ROOM AT THE BOTTOM ~

Von der Natur fiber historische Beispiele, das Rasterelektronenmikroskop und atomare Schriftztlge hin zu Buckyballs und Nanotubes.

Nanopartikel sind ein natflrliches Ph~inomen, daher

Goldrubinglas und entwickelte 1913 ein Mikroskop, das

wundert es nicht, dass damit verbundene Eigenschaf-

Partikel von einem Nanometer Gr6f{e sichtbar machte.

ten i n d e r G e s c h i c h t e i m m e r w i e d e r g e n u t z t w u r d e n . Zu

Die ftlr die aktuellen Entwicklungen relevante Ge-

den frtihen Beispielen, bei denen ,,Nano" mit im Spiel

schichte n i m m t ihren legend~iren Anfang zu Weih-

war, geh6ren die rote Farbe R6mischer Glaspokale und

nachten 1959. Am 29. Dezember diesen Jahres fand in

das Rot der Verglasung mittelalterlicher Kirchenfenster.

Pasadena, Kalifornien das allj~ihrliche Treffen der Ame-

Die intensive Rotflirbung des fflr diese Zwecke verwand-

rican Physical Society an einer der filhrenden Privat-

ten Goldes war fflr die Farbenpracht der Fenstergl~iser

universit~iten, dem California Institute of Technology

mitverantwortlich. Denn die F~irbung der Goldpartikel

(Caltech) statt, auf dem der sp~itere Physik-Nobelpreis-

ver~indert sich abh~ingig von Gr6fie und Form und kann

tr~iger Richard P. Feynman seine mittlerweile weltbe-

rot, blau oder auch violett sein. Der Lycurgus Becher aus

r[ihmte Retie mit dem Thema ,,There's Plenty of Room

R6mischer Zeit ist eine andere historische Berflhmtheit, die mit demselben Effekt arbeitet; er ist in einer Vitrine des British Museum in London zu bewundern u n d e r -

at the Bottom" hielt. Ahnungsvoll stellte er lest, dass man sich im Jahr 2000 fragen werde, warum es bis 1960 dauerte, bis man diese verblflffend kleine Welt zu er-

scheint je nach Lichteinfall rot oder grtin. Ein weiteres

kunden begann -,,It is a staggeringly small world that

prominentes Beispiel sind die extrem harten Samu-

is below. In the year 2000, when they look back at this

raischwerter. Weniger bekannt ist, dass auch die Da-

age, they will wonder why it was not until the year 1960

maszener Schwerter Kohlenstoff-Nanor6hren (siehe

that anybody began seriously to move in this direction."

S.24 f) enthalten. In diesen historischen Zeiten war na-

Bahnbrechende Ideen sind Gegenstand dieser Rede, wie

tflrlich nicht bekannt, dass man es dabei mit Nanopar-

die direkte Manipulation und Kontrolle von einzelnen

tikeln zu tun hat; man nutzte den Effekt der ver~inder-

Atomen, die Vision der Unterbringung der Encyclopae-

ten Materialeigenschaft ftir die eigenen Zwecke, ohne

dia Britannica aufeiner Nadelspitze, der Reduktion von

sich der Ursachen bewusst zu sein.

Gr6f~en mit der damit einhergehenden i n d e r u n g von

Der bekannte englische Physiker Lord Faraday, der auch

Gesetzm~if{igkeiten und die Miniaturisierung von Com-

eine Ausbildung zum Chemiker genossen hatte, unter-

putern. Das genannte Formulierung des Themas meint

suchte bereits Anfang des 19. Jahrhunderts als erster

nicht nut: ,Dort unten ist Platz", sondern betont darii-

die Farbeffekte von Gold. Der n~ichste war der 6sterrei-

bet hinaus: ,Dort unten ist jede Menge Platz" und Feyn-

chische Chemiker Richard Zsigmondy, der ftir seine

man verweist welter, ohne auf Details eingehen zu wol-

Forschung 1926 den Chemie-Nobelpreis erhielt. Er be-

len, auf die grunds~ttzlichen M6glichkeiten entspre-

sch~iftigte sich um die Wende zum 20. Jahrhundert mit

chend der physikalischen Gesetze: "I will not now dis-

Kleines Detail mit grol3er Wirkung: Gold- Nanopartikel, hier mit gut sichtbarer Atomstruktur, sind f~ir Goldrubinglas in mittelalterlichen Kirchenfenstern verantwortlich. Kirchenfenster stellen ein klassisches Beispiel fr~iher Nanotechnologie dar. Gold-Nanopartikel lassen das Rubinrot des Glases entstehen. Hier ein Beispiel um 1280 aus dem K61ner Dora.

cuss h o w we are going to do it,but only what is possible in principle - in other words, what is possible according

to the laws of physics." In der Zeitschrift ,,Engineering and Science" des Caltech, in der Ausgabe vom Februar 1960, wurde die Rede erstmalig abgedruckt und auf der Website des Caltech (http://www.its.caltech.edu/-feynman/plenty.html) ist der Text nachzulesen. Richard Feynman gilt mit Recht als der ,Vater der Nanotechnologie". Hinsichtlich der Entwicklung neuer Materialien, die auch for die Architektur besonders spannend sind, stellte er die entscheidende Frage: Welche Eigenschaften h~itten Materialien, wenn man ihre Atome den eigenen Wiinschen gem~i9 anordnen k6nnte? Diese Denkrichtung ftlhrte letztlich dazu, dass in der Welt der Atome und Molektlle bis heute viel Neues passiert und damit komplett neue Designm6glichkeiten er6ffnet worden sind. Der ,,Feynman Prize in Nanotechnology" wird bis heute regelm~if{ig vergeben. Den Grundstein hierftir legte Feynman selbst, als er in seiner Rede zwei Preise ftir zwei Aufgaben ins Leben rief: erstens den Text einer Buchseite in der Gr6f{e von t/25 000 des Originals darzustellen, lesbar im Elektronenmikroskop, und zweitens die Entwicklung eines Elektromotors in der Gr6f{e von 1/64 inch. Die erste Aufgabe wurde damals schon nach rund einem ]ahr 1960 (Newman) ge16st, die andere erst nach weiteren 26 Jahren im Jahr 1985 (McLellan). 0brigens hat Feynman diese Rede in aktualisierter Form noch einmal 1983 am Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien gehalten. Das JPL ist das

Entwicklung der Nanotechnologie. 20 I 21

Eine hauchdCinne Beschichtung mit kolloidalem Gold, die Gold-Nanopartikel enth~lt, ist fCir die unterschiedliche F~rbung der Halogen-Stiftsockellampen verantwortlich und h~lt dabei grol3er Hitze stand.

Forschungs- und Entwicklungszentrum der NASA ftlr

wurde die bis heute anhaltende Nano-Debatte ange-

die roboterbetriebene Erkundung des Sonnensystems

stof~en.

und wird vom Caltech aus gemanagt. Der Titel der Rede

Feynmans 1959 in seiner bertihmten Rede ge~iuf{erter

war diesmal ,,Infinitesimal Machines". In ihr zielte

Wunsch, das Elektronenmikroskop erheblich leistungs-

Feynman auf Computer in miniaturisiertem Mar{stab

st~irkerzu machen, u m das entsprechende Werkzeug

ab. 1993 wurde diese Rede wieder neu entdeckt und erst

for seine vision~irenIdeen in der Hand zu haben, wurde 1981 endlich Realit~it,so dass der W e g for die weitere Entwicklung geebnet war. Die beiden Forscher Gerd Binnig und Heinrich Rohrer entwickelten im IBM-Labor in Rilschlikon, Schweiz, das Rastertunnelmikroskop

dann bekannter. Der Begriff,,Nanotechnologie" wurde 1974 von dem Japaner Norio Taniguchi an der University of Tokyo ge-

pr~igt.Er bezeichnete damit Herstellungsmethoden mit Abweichungen unter einem Mikrometer (= ein tau- (RTM), das in der Lage ist einzelne Atome abzubilden. sendstel mm), was im Vergleich zu heutigen Methoden 1986 erhielten sie daftir den Nobelpreis. Atome und Monoch relativ grobmotorisch erscheint. Aufgegriffen lekiile werden damit nicht nur, wie man vermuten wiirwurde der Begriffaber erstweitere rund 20 ]ahre sp~ter de, sichtbar gemacht, sondern k6nnen dank sp~iterer dutch K. Eric Drexler, den GrSnder des Foresight-Instituts. 1986 brachte Drexler in seinem Science-FictionBestseller ,,Engines of Creation" die utopische Vision von sich selbst reproduzierenden Nano-Robotern (,,Assemblers"), die als grauer Schleim (,,grey god') die ge-

Weiterentwicklungen auch bewegt werden. Seitdem wurden weitere ~ihnliche erg~inzende Instrumente zur Oberfl~chenmanipulation entwickelt. Analyse- und Strukturgeriite wie das Mitte der 80er Jahre entwickelte Rasterkraftmikroskop (RKM) erlauben weiter verbes-

samte Erde tlberziehen, unter das Massenpublikum. Mit Bezug darauf ver6ffentlichte Bill Joy, Mitbegrtlnder

serte Arbeitsweisen. Aus 35 einzelnen Atomen zusammengesetzt, ging 1989 als Sensation der Schriftzug

und frtiherer Chief Scientist von Sun Microsystems im

,,IBM"u m die Welt. Der Physiker Don EigIerhatte ihn im

Silicon Valley, im filhrenden IT-Magazin ,,Wired" im Jahr

Labor bei IBM, Almaden Research Center, San ]os@,USA,

2000 einenArtike] ,,Why the future doesn't need us",der ,,geschrieben".Das geeignete Instrument, welches derheute auf der Website von ,,Wired" (http://www.wired. artigesdurch die M6glichkeit die Atome gezie]tzu p]atcom/wired/archive/8.04/joy.thm]) zu flnden ist.Joy fordeft darin einen tei]weisen Forschungsstopp mit der Begrfmdung: ..... die einzige Alternative, die ich sehe, ]iegt im Verzicht: der Entwick]ung von Techno]ogien, die zu gef~ihrlich sind, Grenzen zu setzen..." Damit

zieren5berhaupt erst erm6glichte, war das Rastertunnelmikroskop. 1985 wurde ein weitererMeilensteingesetzt,der direkten Bezug auf die Architektur n i m m t Die ca.l n m (i Millionste]mm) grof{enBuckminster-Fullerene (Buckyba]ls),

Atome lassen sich manipulieren. Ein Bild, das seinerzeit (1989 ) als Sensation um die Welt ging: der Schriftzug ,,IBM", geschrieben aus 35 Xenon-Atomen auf einer NickelOberfl~che. Winzig und winziger. Beide Abbildungen entstammen einem Rastertunnelmikroskop (RTM). Das linke Bild zeigt die Topografie auf einer Digital Versatile Disc (DVD). Das rechte Bild zeigt als poetische Miniatur einen Teil von Hermann Hesses Gedicht,,Stufen" aus dem,,Glasperlenspiel", die mittels RTM auf Plexiglas geschrieben wurden. Sie sind um ein Vielfaches kleiner als die DatenstiJcke auf einer DVD.

Entwicklung der Nanotechnologie. 22123

MEILENSTEINE DER NANOTECHNOLOGIE

29.I2.I959

Feynman-Rede mit dem Thema ,,There's Plenty of Room at the Bottom"

I976

Begriff ,,Nanotechnologie" wird gepr~igt

I98I

Erflndung Rastertunnelmikroskop (RTM) oder Scanning Tunneling Microscope (STM)

I986

Erflndung Rasterkraftmikroskop (RKM) oder Atomic Force Microscope (AFM)

4.9.I985

Entdeckung der ,,Buckyballs"

I989

Schriftzug ,,IBM" aus Atomen hergestellt

I990

Herstellung yon Buckyballs in makroskopischen Mengen

I99I

Entdeckung der Nanotubes

MITTE 90ERJAHRE ENDE 90ER JAHRE

Staaten f6rdern verst~irkt Nanotechnologie, in der Hauptsache im Bereich Forschung und Entwicklung Erste Produkte erscheinen auf dem Massenmarkt

2000

Artikel von Bill Joy ,,Why the future doesn't need us", Beginn der Nano-Debatte

2007

Weltweit anerkanntes erstes GfitesiegelNT Cenarios (CertifiableNanospecific Risk Management and Monitoring System), entwickelt von TLiv-SLid, Deutschland und der Innovationsgesellschaft mbH, St. Gallen, Schweiz

Von Makro zu Nano. In den vier Aufnahmen von Stricken Damaszener S~bel wird deutlich, was die Messerklinge in sich hat Kohlenstoff-Nanor6hren, die fCir die auflergew6hnliche H~rte und Flexibilitiit des Stahls verantwortlich sind. Eine Messerklinge im persischen Stil. Im Close-up sind deutlich die helleren Karbidfelder in der dunkleren Matrix aus weicherem, kohlenstoffarmem Stahl zu erkennen. In den beiden Elektronenmikroskop-Aufnahmen (rechts) nach Aufl6sen eines SiibelstCicks in Salzsiiure werden Nanotubes sichtbar, hier eine mehrwandige Kohlenstoff-Nanor6hre. Die Streifung entsteht als Kontrast der Kohlenstoffschichten. Zementit-Nanodraht in einem Damaszener Siibel, der von einer Kohlenstoff-Nanor6hre eingeschlossen ist, als Rest nach Aufl6sen des SiibelstiJcks. Der Skalenstrich rechts unten misst 5 nm.

benannt nach dem Architekten Richard Buckminster

den Hochschulen und Forschungszentren sind es High-

Fuller, wurden durch Robert F. Curl, Harold W. Kroto

tech-Firmen, Grof[konzerne ebenso wie kleine Start-

und Richard E. S m a l l e y - auch diese sp~itere Nobel-

ups, die sich mit ,,Nano" befassen. Forschung und

preistr~iger- entdeckt. Im Einzelnen wird auf die op-

Entwicklung bilden die Basis filr praxisreife Produkte,

tisch dem klassischen schwarz-weif{en Fur{ball ~ihnelnden Buckyballs im n~ichsten Kapitel eingegangen (siehe S.26ff.). 1990 gelang es Donald Huffman (University of Arizona, Tucson, USA) und Wolfgan Z Kr~itschmer (Max-Planck-Institut ftir Kernphysik, Heidelberg,

die mittlerweile in grof{em Stil Einzug in den Massenmarkt gehalten haben. In Deutschland wird bereits seit Beginn der 90er ]ahre und besonders seit 1997 Nanotechnologie verst~irkt durch das Bundesministerium filr Bildung und Forschung (BMBF) gef6rdert.

Deutschland) makroskopische, d.h. mit blof[em Auge

Neue Analysetechniken erlauben heute ein erweitertes

sichtbare Mengen, mehrere Gramm, dieses Molektlls

Verst~indnis von den Eigenschaften des Materials. In

herzustellen. 1991 erfolgte erstmals die Produktion

einem Damaszener Schwert aus dem 17. Jahrhundert

von Buckyballs in grof{em Mar{stab und die Wahl zum

wurden, wie anfangs bemerkt, mit Hilfe eines Elektro-

,,Molektll des ]ahres" durch die Zeitschrift ,,Science" nenmikroskops(Ver6ffentlichungderTUDresden, 2006, ftihrte zu weiterer Popularit~it. Zeitschrift ,,Nature", 16.11.2006) die derzeit mit viel Die gegenw~irtigen Stars der avancierten Entwicklung Aufmerksamkeit bedachten Kohlenstoff-Nanor6hren in der Nanotechnologie, die Kohlenstoffr6hren bzw. nachgewiesen. Die besonderen Eigenschaften der leCarbon Nanotubes (CNT), popul~ir Nanotubes oder gend~iren Damaszener Klingen, scharf und bruchfest, Nanor6hren genannt, wurden 1991 vom japanischen sind dadurch nachvollziehbar geworden. Solches WisPhysiker Sumio Iijima im Elektronikkonzern NEC, Tsu- sen kann f(lr die Entwicklung neuer Materialien gekuba, Japan entdeckt. Sie stellen eine weitere Form der nutzt werden. Fullerene dar, die seither wegen ihrer besonderen Eigenschaften fantastische Zukunftsaussichten prognostiziert bekommen. Seit Ende der 80er Jahre wird weltweit verst~irkt im Bereich Nanotechnologie geforscht. Neben den forschen-

Entwicklung der Nanotechnologie-24125

Kohlenstoff- neue Morphologien

BUCKYBALLSUND NANOTUBES Winzige Partikel mit grof[er Wirkung.

Die beiden im Folgenden beschriebenen Nano-Rohma-

schen dem metallischen, leitenden Graphit und dem

terialien besitzen gewissermaf~en Kultstatus. Beide wa-

isolierenden Diamant.Auf[erdem sind sie in organischen

ren, zu unterschiedlichen Zeiten, wirkliche Neuentdeckungen. Heute gilt besonderes Interesse den Nanotu-

L6sungsmitteln 16slich. Die sp~iteren Chemie-Nobelpreistr~iger von 1996, HaroldW. (Harry) Kroto (University

bes, da diese ein enormes Innovationsspotenzial hin-

of Sussex, UK), Robert R Curl und Richard E. Smalley

sichtlich neuer Produkte versprechen. Buckminster-Fullerene,

Buckyballs

(Rice University, Houston, USA) entdeckten 1985 w~ihrend eines Experiments, das der Erforschun g des Weltraums galt, dass das C6o-und CT0-(Kohlenstoff-) Molekfll

Kohlenstoff ist heute das Nanomaterial mit dem gr6f[- von der Natur selbst produziert wird. Seinen Namen ten und interessantesten Entwicklungspotenzial. Es ,,Buckminster-Fulleren" verdankt dieses Cso- Kohlenstoffexistiert in zwei Morphologien- als Diamant, das h~ir- molekfll seiner.Ahnlichkeit mit entsprechend geformten teste bekannte, natflrliche Material im Universum fiberhaupt, und als Graphit, ein besonders weiches Material. Sensationell war die Entdeckung einer dritten, bis dahin unbekannten Morphologie: Kohlenstofffullerene- sie sind halbleitend und liegen damit gewissermaf[en zwi-

Kuppeln (,,geod~itische Kuppeln"), fflr die der amerikanische Architekt Richard Buckminster Fuller bekannt wurde (das berflhmteste Beispiel stand auf der Expo 1967 in Montreal) und fiir den Kroto darflber hinaus ein Faible hatte, so dass man dem Kohlenstoffmolekiil diesen Na-

Der typische Buckyball wird durch das C60-Kohlenstoff-MolekCil repr~isentiert. Mit seiner geod~itischen Struktur erinnert das C6o-MolekiJI nicht nur an einen Fussball sondern auch an die Architektur Richard Buckminster Fullers, weswegen diese MolekCile seinen Namen tragen. Buckyballs existieren in verschiedenen Varianten. Das CTo-Molek~il ist eine davon und erinnert mehr an einen Rugby- als einen FuBball.

Einwandige Nanotubes, die in Polymere gehCillt sind, k6nnen als chemische Halterungen genutzt werden, um sich auf diese Weise auf einem funktionalisierten Substrat zu platzieren. Die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Kohlenstoffr6hren bleiben erhalten, aber sie ver~indern ihre Wasserl6slichkeit, werden wasserl6slich. Eine neue, Buckyball-haltige Variante des Antibiotikums Vancomycin wurde entwickelt, um Resistenzen entgegenzuwirken. Antik6rper sollen an die Buckyballs andocken. Ein zielgerichtetes Antibiotikum und eine Verteidigung gegen Bioterrorismus w~ren der Benefit. Kohlenstoff war bis 1985 in nur zwei Morphologien bekannt: Graphit (oben) und Diamant (unten links). Danach wurden Ciberraschend die Buckminster-Fullerene (unten Mitte) und die Kohlenstoffr6hren (rechts) als dritte Morphologie entdeckt.

men gab. "Buckyballs" sind der umgangssprachliche und

Mengen zu produzieren. Der so vertraut wirkende Bu-

popul~ire Name ffir die ,,Buckminster-Fullerene" bzw. fiir

ckyball wurde 1991 von der Zeitschrift ,,Science" zum

die C60- Kohlenstoffmolekiile. Als rundestes und symmetrischstes bekanntes grof~es Moleki]l besitzt alas C~o- Moleki]l 60 Kohlenstoffatome und hat einen Durchmesser von 0,7nm. Die kugelige Optik, bestehend aus 12 Fiinfecken (Pentagone) und 20

Molektll des Jahres ernannt. Fiir die Zukunft wurde ihm damals zwar eine glanzvolle Karriere prophezeit- ~ihn-

Sechsecken (Hexagone), erinnert zweifellos an einen

lich wie den Nanotubes heute -, er war aber im Vergleich mit traditionellen M6glichkeiten unterlegen. Doch im ]ahr 2007 gab es eine interessante Neuentde-

Fur{ball. Es ist Teil einer ganzen sogenannten ,,Fulleren"-

ckung auf diesem Gebiet, wie damals an der Rice University: ein strukturell den Buckyballs ~hnlicher Boron-

Molekillfamilie mit h6herer Atomanzahl, zu der bei-

Buckyball (B-Fulleren) Bs0, der sich durch ein zus~itzli-

spielsweise das CT0-Molekf]l geh6rt, das eine ellipsoide Gestalt besitzt.

wesentlich stabiler verh~ilt.

1991 entwickelten Wolfgan Z Kr~itschmer am MaxPlanck-Institut filr Kernphysik, Heidelberg und Donald

Kohlenstoffr6hren, Nanotubes

Huffman an der University of Arizona, USA, ein Verfahren, mit dem es m6glich wurde, Buckyballs in gr6f~eren

Die jetzigen Stars in der Nanowelt, eine andere Spielart der Fullerene, sind die Kohlenstoffr6hren bzw. Carbon

Kohlenstoff- neue Morphologien. 26127

ches Atom im Mittelpunkt eines jeden Hexagons

Nanotubes werden von Wissenschaftlern in winzigsten Dimensionen manipuliert. Eine revolution~re Klasse yon Kontrastmitteln f6r die Bilddarstellung yon Magnetresonanz wurde 2005 entwickelt. Ein einziges Gadolinium-Atom ist hier im Innern eines Buckyballs platziert. An der Aul3enseite des Buckyballs sind Carboxylgruppen angeordnet, die das Material wasserl6slich machen und gleichzeitig seine Effizienz als Kontrastmittel steigern. Eine Art der chemischen Manipulation von Nanotubes ist die Bildung von Derivaten - von Nanotubes, die durch zus~itzliche Molek~ile einzigartige Eigenschaften gewinnen oder als chemische,Handgriffe"fCir weitere Manipulationen fungieren k6nnen.

Nanotubes (CNT) - man nennt sie umgangssprachlich

Verfiigun Z stehen. Nanotubes k6nnen sowohl halblei-

Nanotubes oder Nanor6hren. Sie wurden 1991 in Japan

tend als auch leitend sein. Ihre Stromleitf~ihigkeit ist

von Prof. Sumio Iijima vom Elektronikkonzern NEC,

hervorragend, daher sind Nano-Driihte ffir elektroni-

Tsukuba, Japan entdeckt.

sche Anwendungen wie etwa winzig kleine Schaltkrei-

Es handelt sich dabei um ein- oder mehrwandige Koh-

se und allgemein die effiziente Nutzung von Strom von

lenstoffr6hren aus aufgerollten Graphitschichten. Sie

sehr grof~em Interesse. Die genannten mechanischen

besitzen einen Durchmesser von einem bis wenigen

Eigenschaften sind allerdings vom fehlerfreien atoma-

Nanometern und bis zu mehreren Nanometern L~inge.

ren Aufoau der Nanotubes abhiingig. Sobald Defekte

Sie verfflgen tiber eine erheblich h6here Zugfestigkeit

vorliegen, sind Beeintr~ichtigungen das Resultat. Eine

als Stahl, bleiben dabei aber dennoch flexibel und sind

raffinierte Variante sind flit bestimmte Anwendungen

obendrein leichter. Die W~irmeleitf~ihigkeit ist h6her als

zugeschnitten geftillte Nanotubes.

die jedes anderen bekannten Materials und tibertrifft damit sogar die Spitzenwerte von Diamant. Ihre Eigens c h a f t e n - hohe Festigkeit gekoppelt mit geringem Ge-

Extrem stabil, leicht und leitf~ihi Z - das perfekte Rohmaterial ffir die Zukunft. Heute werden kontinuierlich neue Anwendungsgebiete diskutiert und ,,Durchbrti-

w i c h t - k6nnten fiir ktinftige Kompositmaterialien zur

che" und Neuentdeckungen aus der Wissenschaft ge-

Einwandige Kohlenstoffr6hren k6nnen auch zu makroskopischen Fasern extrudiert werden. Dieses Bild zeigt eine einzige, isoliert in einem Molekiil eingeschlossene Kohlenstoffr6hre. In Kohlenstoffr6hren wurde unter bestimmten Bedingungen Fluoreszenz beobachtet. Im nahen Infrarotbereich wird Licht absorbiert und abgegeben.

meldet. Nanotubes werden prinzipiell in andere Mate-

Corporation FCC, 2001 in Tokio gegrCmdet, produziert

rialien gemischt oder auf die Oberfl~ichen aufgebracht.

Fullerene einschlief{lich Nanotubes in gewaltigem Aus-

So mischt beispielsweise die Firma Hyperion Catalysis

maf{ (1500t pro JAM). Mit der Entwicklung des Herstel-

International geringe Mengen elektrisch leitender Na-

lungsverfahrens der ,,Baytubes" (2005 durch die Bayer

notubes in Kunststoffe, urn eine elektrostatische Entla-

MaterialScience AG in Kooperation rnit Bayer Technolo-

dun Z zu erreichen. Kunststoffe werden mit Nanotubes

ZY Services GmbH in Deutschland) k6nnen Nanotubes

versetzt um ihre mechanischen Eigenschaften erheb-

sowohl gtinstig als auch in bester Qualit~it in grof{en

lich zu verbessern.

Mengen angeboten werden. So hat auch die NASA vor

Die Entwicklung von Nanotubes wird kontinuierlich weiter optimiert. Nachdem vor Jahren die Herstellung

kurzem eine Methode entwickelt, Nanotubes kosten-

noch sehr teuer war, sind die Herstellungskosten zwi-

gtlnstig und damit massenhaft herzustellen. Zwar sind die Nanor6hren nun relativ kostengilnstig,

schenzeitlich erheblich gefallen. Die Firma Carbon Na-

aber bisher immer noch zu teuer, um im grof[en Stil

notechnologies Inc., von Richard Smalley, einem der Buckyball-,,Entdecker" mitbegrilndet, produziert heute

beispielweise in Beton beigemischt zu werden. Um massenmarkttauglich ftlr Serienprodukte zu sein, ist es

Nanotubes in grof[em Mar{stab. Die Frontier Carbon

grunds~itzlich erforderlich, Rohmaterial nicht nut in

Kohlenstoff- neue Morphologien. 28129

konstanter Qualit~it als auch gesicherter Verffigbarkeit

satz zu Buckyballs im Verdacht, erh6htes Gef~ihrdungs-

zu erhalten, sondern auch zu einem vertretbaren nied-

potenzial zu bergen. Zum Thema ,,Sicherheit und RiM-

rigen Preis. Die massentaugliche Herstellun Z von Na-

ken" entsprechend mehr im betreffenden Kapitel (siehe

notubes hat noch einige Hindernisse unter anderem

S.44ff.).

bezflglich der Sortenreinheit zu tiberwinden. Trotzdem ist absehbar, dass die Probleml6sun Z eine Frage der Zeit ist. Dann ist der Weg frei fflr die Entwicklung hochfester Konstruktionsmaterialien sowohl ffir BrLlcken (Stichwort ,,ultrahochfester Beton") als auch ffir Hochh~iuser. Die NASA forscht unter Einbindun Z der Nanotubes an einem wahrhaft vision~iren Projekt, einem ,,Fahrstuhl zu den Sternen", einem Lift in den Weltraum. Nanotubes stehen durch ihre faserartige Gestalt (welcher Architekt denkt nicht sofort an Asbest?) im Gegen-

Weitere Nano-Rohmaterialien Die chemische Industrie, die am Anfang der gesamten

Wertsch6pfungskette als Zulieferer fflr die weitere Verarbeitun Z agiert, arbeitet mit verschiedenen Rohstoffen. Nanopartikel k6nnen aus verschiedenen Stoffen hergestellt werden. Zu den wesentlichen Nano-Rohstoffen geh6ren Polymerdispersionen, Aerogele und Zeolithe, Carbon Black, Dendrimere, Nano-Kiesels~iure und Metall-Nanopartikel, Titandioxid, Ceroxid und Alu-

Das gr613te Nanotube-Modell der Welt wurde in Teamarbeit an der Rice University in Houston, Texas gebaut.

Die Struktur der Geb~udeh011e des Watercube, National Swimming Centre for die Olympischen Spiele in Beijing 2008, erinnert an 0berdimensionierte Buckyballs, hat aber sonst nichts mit Nanotechnologie zu tun.

miniumoxid. Der Anteil von Nanopartikeln an einem Materialkomposit oder einer Beschichtung ist relativ gering, da immer nut kleine Mengen n6tig sind. Das Nano-Eohmaterial wird beispielsweise in ein anderes Eohmaterial eingeriihrt und dann weiterverarbeitet, oder eine Beschichtung, die Nanopartikel enth~ilt, wird herk6mmlich, zum Beispiel durch alas CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahren aufgespriiht oder auch durch Tauchen aufgebracht.

Kohlenstoff- neue Morphologien. 30131

Allgemeine Marktentwicklung

ZUKUNFT Winzige Partikel, riesiges Marktpotenzial.

Die prognostizierte Marktentwicklung ist nach der Ein- deutscher Ebene f6rdert das Bundesministerium fiir Bildung und Forschung (BMBF) seit Ende der 80er ]ahre sch~itzung verschiedener Untersuchungen zum Thema enorm. Wirtschaftsunternehmen wie Banken und Un- Forschungen auf dem Gebiet der Nanotechnologie ternehmensberatungen ftberschlagen sich geradezu, wenn es u m das Marktpotenzial der Nanotechnologie geht. Zahlreiche Regierungen sind bemilht, die Nanotechnologie zu f6rdern. Beweggrfmde hierfftrsind im Wesentlichen das wirtschaftlicheWachstum, die internationale Wettbewerbsf~ihigkeit durch Innovations-

(146,5 Mio. EUR in 2007) und seit 1997 werden speziell Nano-Unternehmen gef6rdert. Im ]anuar 2000 wurde vonder US-Regierung unter Pr~isident Clinton die ,,National Nanotechnology Initiative" ins Leben gerufen, die seitdem fiir den Zufluss erheblicher finanzieller Mittel in die Forschung und Entwick-

und Technologievorsprung, die Schaffung bzw. Siche-

lung sorgt. Der ,,21st Century Nanotechnology Research

rung von Arbeitspl~itzen und der Ansatz, Umweltprob-

and Development Act" wurde von Pr~isident George Bush im Dezember 2003 im Oval Office unterschrieben: 3,7 Mrd. USD Forschungs und Entwicklungs-F6rderung fiir den Zeitraum von 2005 bis 2008. Laut der New Yorker Unternehmensberatung Lux Research wurden 2006 insgesamt 12,4 Mrd. USD weltweit in Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet investiert, wobei zugleich der Umsatz mit nanotechnologisch basierten Produkten bereits iiber 50 Mrd. USD

leme mittels geeigneter Technologien in den Griff zu bekommen. Strategiepliine wie jener der deutschen Regierung, ,,Nano-Initiative- Aktionsplan 2010", werden ausgearbeitet und der Austausch zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Politik forciert, um wissenschaftliches Know-How in marktfiihige Produkte umzusetzen. Die USA, Japan und Deutschland bilden auf internationaler Ebene das Triumvirat der nanotechnologischen

betrug. Regierungen unterstiitzten 2006 die Nanotech-

Entwicklung, das derzeit weltweit an der Spitze spielt.

nologie mit 6,4 Mrd. USD (10% mehr als 2005). An erster

China, Siidkorea und Russland sind im Begriff stark aufzuholen und auch in anderen Staaten wie Indien tut

Stelle stehen dabei die USA, gefolgt von Japan und Deutschland. Beriicksichtigt man in diesem Zusam-

sich etwas. Japan bildet die Spitze im asiatischen Raum,

menhang die im internationalen Vergleich interessante

w~ihrend Deutschland sich in Europa klar an erster

Purchasing Power Parity (PPP), so ist China nun bei den Stelle befindet. fiihrenden Nationen dabei. Kritisch anzumerken bleibt, Auf EU-Ebene werden dutch das 7. EU-Forschungsrah- dass nur wenige Prozent des F6rderbudgets der vermenprogramm (2007-2013) innerhalb des spezifischen schiedenen h~inder filrdie Untersuchung potenzieller Programms ,,Zusammenarbeit" fftr Nanotechnologie, Risikender Nanotechnologie verwendet werden. Nanowissenschaft, Werkstoffe und neue Produktions- Die Industrie hat weltweit 2006 5,3 Mrd. USD in Fortechniken ca. 3,5 Mrd. EUR zur Verfilgung gestellt.Auf schung und Entwicklung investiert(19 % mehr als 2005),

wobei auch hier China extrem mit 68 % Steigerung zum Vorjahr zugelegt hat. Die Patentaktivit~iten legten im gleichen JaM mit fiber 10000 Anmeldungen mit 30% Wachstum gegeniiber dem Vorjahr zu. Auf den Spitzenreiter USA mit 6801 Patenten folgt Deutschland an zweiter Stelle mit 773 Patenten. Sowenig man den winzigen Mar[stab eines Nanometers begreifen kann, kann man die Dimensionen erfassen, in denen sich die utopisch erscheinenden Zahlen der Finanzwelt ftir die Zukunft abspielen. So klein ,,Nano"

werden zu dieser Zeit allerdings allenfalls diejenigen Unternehmen Gewinne machen, die ilber innovative Produkte verfflgen,weniger jene, die Nano(roh)materialien produzieren. Die verfflgbaren Zahlen, die sich an den kompletten Ums~itzen der jeweiligen Produkte, also nicht nur ihrem nanospezifischen Anteil, orientieren, sind gigantisch. Damit wird heute ein Hype generiert, der sehr ilberzogen erscheint. Dabei sind die spezifischen Rohmaterialien nur in geringen Mengen erforderlich - das liegt in

ist, so grog sind nach diesen Einsch~itzungen die Markt-

der Natur der Dinge - u m Nanoprodukte zu kreieren.

aussichten. Lux Research beziffert das globale Markt-

Die prognostizierten Marktzahlen bezeichnen nicht

volumen von nanobasierten Produkten fiir 2010 mit

den spezifischen Nano-Anteil, sondern den Marktwert

500 Mrd. USD, und 2014 sollen 2,6 Billionen USD er-

des gesamten Produkts. Dariiber sollte man sich im

reicht sein. Kurz: Im Zeitraum 2010 bis 2015 werden Nanoprodukte allgemein iiblich sein und bis dahin wesentliche Marktdurchbriiche erreicht haben.

Klaren sein, wenn man sich yon den Zahlen beeindrucken l~isst. Derzeit steht die Kommerzialisierung der Nanopro-

Bis 2030 prognostiziert das Marktforschungsunternehmen Fuji Keizai im Auftrag des Ministry of Economy,

dukte zwar noch am Beginn. Allgemeiner Konsens ist, dass 2015 s~imtliche Branchen v o n d e r Nanotechnolo-

Trade and Industry (Meti) den japanischen Umsatz mit

gie erfasst sein werden, allen voran Automobil und

Produkten auf Nanobasis auf 26 Billionen Yen, w~ihrend

Elektronik.

die derzeitige Marktgr6f[e mit rund 3 BillionenYen be-

Es ist gar nicht lange her, da wurden Computer skep-

ziffertwird.

tisch be~iugt. Heute stehen Rechner in den meisten

Gem~if{ des Reports ,,HalfW a y to the Trillion-Dollar Haushalten, Bilros sind ohne sie nichtmehrvorstellbar Market?" der Nano-Unternehmensberatung Cientifica wird bis 2012 die chemische Industrie den globalen Nano-Markt dominieren, bevor Bio-bezogene Anwendungen diese Rolle ilbernehmen. Cientifica geht weltweit von einem 1,5 BillionenUSD (ohne Halbleiter)und 2,95 Billionen USD (incl. Halbleitern) Marktvolumen nanobasierter Produkte in 2015 aus. Laut Cientifica

AIIgemeine Marktentwicklung 932 I 33

und ohne den mobilen Taschencomputer scheint bald auch nichts mehr zu gehen. In Zukunft k6nnte das aus heutigerSicht fantastischeWunderkind Nanotechnologie ganz einfach Standard werden und herk6mmliche Technologien abl6sen - ohne viel Wind, zum Nutzen aller.

Nanoprodukte

BRANCHEN

Von Raumfahrt und Elektronik fiber Automobil, Medizin und Umwelttechnologie his hin zu Lebensmittel.

2015 spielt Nanotechnologie in s~imtlichen Branchen

noch unbemerkt von der Offentlichkeit. Diese ist der-

wusst. Griinde dafiir m6gen in der Angst vor Negativpresse oder auch damit verbundenem Imageschaden liegen. Die Entscheidung fiiroder wider wird vermutlich auch yon der jeweiligen Marketingstrategie mitbestimmt werden. Sollte eines Tages eine Kennzeichnungspflicht fiir nanobasierte Produkte eingefiihrt werden, wiirde dies wiinschenswerte Klarheit schaffen.

weft noch relativ ahnungslos und kann mit der Bezeich-

Die Nano-kritische ETC Group (Action Group on Erosi-

des Wirtschaftslebens eine Rolle - wenn man g~ingigen Prognosen Glauben schenken darf. Und es sieht ganz so aus, als ob diese Recht behalten werden. Tatsache ist: Oberall tauchen verst~irkt sowohl Anwendungsm6glichkeiten als auch konkrete Produkte a u f - zum Teil

nung ,,Nano" nicht immer etwas anfangen, auch wenn

on, Technology and Concentration) hat 2007 einen

sie im Supermarkt bereits auf der Outdoor-Jacke prangt

Wettbewerb fiir ein Nano-Symbol entschieden, um ei-

oder beim Herrenausstatter den Anzug ziert. Was sich

nen weiteren Anstof] in diese Richtung zu geben, denn

de facto dahinter verbirgt, ist gew6hnlich unbekannt oder bestenfalls mit nebul6sen Vorstellungen verbun-

es existieren derzeit noch immer keine allgemeinverbindlichen Regulierungen hinsichtlich des Umgangs

den. Auch in vielen Internetforen liegen Dichtung und Wahrheit nah beieinander.

mit Nanotechnologie. Nanotechnologie spielt heute in vielen Branchen eine

Viele Produkte werden heute mit dem Stichwort ,,Nano" beworben, andere Firmen unterlassen dies jedoch be-

Rolle- hier seien einige Beispiele in loser Folge angefilhrt:

Das gl~inzende ~,ul3ere, das NanowCirfel unter dem Mikroskop offenbaren, verspricht nicht zuviel. AIs ideales Medium zur Speicherung von Wasserstoff besitzen zweieinhalb Gramm aufgrund der Nanoporen-Struktur eine innere Oberfl~iche von der GrSI3e eines Ful3ballfeldes. AIs Energietr~ger for Brennstoffzellen kSnnten sie in Zukunft mobile elektronische Ger~ite mit Strom versorgen. Krebszellen vor und (rechts) nach der Aufnahme von Eisenoxid-Nanopartikeln, die durch ein Magnetfeld in Schwingung versetzt werden, dadurch Hitze entwickeln und damit die Krebszellen irreparabel sch~idigen.

9 Kosmetikbranche - darunter fallen Produkte zur Haar- und Hautpflege sowie dekorative Kosmetik.

steigerter Geschwindigkeit ffthren. Dutch die Beimischung von Nanotubes in Kunststoffen entstehen

Beispielsweise wird ein besonders hoher UV-Schutz

sehr leichte, aber gleichzeitig stabile Materialien. Ae-

dutch den Einsatz nanoskaliger TiO2-Partikel erreicht.

rogele schtitzen als leichtes und ~iugerst wirksames

Durch die Nanoskaligkeit sind die Partikel auf der

D~immmaterial alas Raumfahrtger~it sehr efflzient

Haut unsichtbar und k6nnen so auch in groger Kon-

vor Hitze und K~ilte.

zentration in der Creme fiir erh6hten Schutz sorgen.

9 Automobile profltieren bereits serienm~igig von

W~iren die Partikel gr6ger, w~ire bei gleichem Schutz-

kratzfestem Lack, der den gewilnschten Glanz l~inger

faktor ein unerwiinscht sichtbarer weiger Creme-

h~lt, indem er vor Kratzern, die dutch auftreffenden

schleier alas Resultat.

quarzstaub w~ihrend tier Fahrt oder bei Benutzung

9 Luft- und Raumfahrt, Automobil/Formel 1 - diese

von Waschanlagen entstehen k6nnen, schiitzt. Spie-

Branchen setzen allen anderen voran sehr auf Inno-

gel dunkeln dutch Photochromie selbstt~itig ab.

vationen und stecken mit ausgedehnten Roadmaps

Scheinwerferabdeckungen reinigen sich photokata-

in der Entwicklung immer neuer Anwendungen, wie

lytisch selbst.

beispielsweise ultraleichter abet dennoch extrem stabiler Materialien, die in der Luftfahrt zu gerin-

9 Medizin, Life Sciences und Pharmazie profltieren davon, dass beispielsweise Implantate mit Hilfe von Na-

gerem Kerosinverbrauch und in tier Formel 1 zu ge-

notechnologie wesentlich vertr~glicher werden. Die

Nanoprodukte. 34135

Eine Nanobeschichtung auf H6rger~iten weist Wasser, Fett und Schmutz ab.

Krebsbek~impfung erh~ilt neue Impulse, indem Wirkstoffe, die Tumore zerst6ren sollen, gezielt platziert werden und wirken k6nnen, ohne class tier gesamte Organismus in Mitleidenschaft ger~t. Antibakterielle H6rger~ite reduzieren erheblich die Entztindungsrate bei H6rger~itetr~igern. Das haben auch Krankenkassen erkannt, die diese innovativen Get,its bereitwillig zahlen. Beschlagfreie Mundspiegel erleichtern die Zahnpflege. Ebenso sind antibakterielle Katheterbeutel flit einen Rtlckgang an Infektionen in Krankenh~iusern verantwortlich. 9 Informatik, Elektronik - hier ist nach wie vor die Steigerung tier Leistungsf~higkeit von Computern auf immer kleinerem Raum angesagt. Sogenannte ,,embedded systems", die yon ihrer Miniaturisierung abh~ingen, sind allerorten anzutreffen - v o n tier Kaffeemaschine tiber den Bankautomaten his hin zur Elektronik eines g~ingigen Automobil-Cockpits. Mit Hilfe von Nanotubes werden winzigste Transistoren gefertigt. 9 In tier Druckindustrie sorgen antihaftbeschichtete Druckwalzen ftir reduzierte Standzeiten wegen Reinigung und erh6hen damit die Wirtschaftlichkeit.

FiJr Computerchips soil bei IBM kLinftig Nanotechnologie mit Selbstassemblierung eingesetzt werden. Nach dem Vorbild der natCirlichen Strukturbildung bei Muscheln und Schneeflocken sollen Milliarden yon identischen L6chern ein isolierendes Vakuum um die kilometerlangen nanoskaligen Dr~hte der Chips schaffen.

~ In der Lebensmittelbranche verhindern Frischhaltefolien das Eindringen von Sauerstoff und das Diffun-

dieren von Feuchtigkeit. Ketchup erh~ilt das perfekte Dosierungsverm6gen, Zus~itze auf Nanobasis halten Lebensmittel l~inger frisch und in sogenanntem ,,Functional Food" sorgen Mikrokapseln fLlr die Versorgung mit Vitaminen. 9 Umwelttechnologie - Energie, Klimaschutz, Wasser/ Abwasser und Recycling sind die zukunftsweisenden Bereiche. Eines der grolgen Themen ist Wasser als wertvollste Ressource und in diesem Zusammenhang die globale Wasserversorgung. Verschmutztes Wasser kann mittels Nanotechnologie per Photokatalyse gereinigt werden um so die Versorgung mit sauberem lebensnotwendigem Trinkwasser sicherzustellen. Die Verringerung des CO2-Ausstofges kann bef6rdert werden, indem etwa durch Antireflexbeschichtungen der Wirkungsgrad von Photovoltaiksystemen verbessert wird. Recycling wird vereinfacht, indem durch konstruktive Debonding-on-CommandSysteme die sortenreine Trennung von Wertstoffen erleichtert wird. Bond-on-Command sorgt ftir lang-

Nanoprodukte- 36 137

Nanopartikei in Zahncremes k6nnen schmerzempfindlichen Z~hnen helfen.

zeitbelastbare und stabile Klebeverbindungen auch bei Stahlbauteilen, beispielsweise Windr~idern.

9 Im Sport- und Freizeitbereich finden sich besonders stabile und ultraleichte Tennisschl~iger oder auch

9 Die Verteidigungsministerien verschiedener L~inder

~iufferst leichtg~ingige Ski Die Anti-Fog Funktion auf

sind sehr an den Vorteilen der Nanotechnologie inte-

Visieren von Motorradhelmen erh6ht die Sicherheit

ressiert, um ihren technologischen Vorsprung auszubauen. High-Tech-Kleidung filr Soldaten oder auch Tarnfarben auf milit~irischem Ger~it k6nnen genauso

des Fahrers beim Motorsport oder sorgt ftir freie Sicht bei Sportbrillen fiir Schwimmer und Snowboarder

wie Kampfwaffen durch Nanotechnologie optimiert

Diese Kette von Anwendungen l~isst sich beliebig erweitern und durchzieht letzten Endes s~imtliche Lebensbe

werden. 9 Optik, Licht- energieeffiziente Beleuchtung wird v e t bessert. Mittels OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) kann Licht mit geringem Einsatz von Energie erzeugt werden. Ultrad~inne Beleuchtungsl6sungen wie beispielsweise die leuchtende Tapete rtlcken in greifbare N~ihe. 9 Im Bereich Textil werden ,,Smart Textiles" mit verschiedenen Zusatzfunktionen ausgestattet. Photokatalytisch selbstreinigende Membranen sind in der Architektur international verst~irkt in Flugh~ifen und Stadien anzutreffen. Schmutzabweisende Anztlge

reiche In der folgenden Darstellun Z der Anwendungen von Nanotechnologie im Bauwesen wird von kratzfesten Lacken und antibakteriellen Farben, schmutzabweisenden Textilien, selbstreinigendem Glas, luftreinigendem Beton, hocheffizienten D~immmaterialien, leicht zu reinigender Sanit~irkeramik usw. die Rede sein. Entsprechende Materialien und Oberfl~ichen erscheinen laut Lux-Research im Vergleich zu anderen Produkten in einer relativ frflhen Entwicklungsphase auf dem Markt, brauchen dann aber lange Zeit um sich zu ver-

sind ebenso auf dem Markt wie wasserabweisende Jacken und Socken, die mit antibakterieller Ausrs

breiten, w~ihrend etwa Anwendungen in Elektronik und IT sp~iter dran sind, aber eine wesentlich schnellere

tung unangenehmer Geruchsentwicklun Z widerste-

Verbreitun Z erfahren. Die High-Tech-Architekturvisio-

hen. In Textilien verankerte Mikrokapseln setzen

nen liegen also noch in der Zukunft, da derzeit ,,Nano"

Dtlfte frei und sollen zum Beispiel Dessous mit bet6-

noch am Beginn der Entwicklung steht. Eine spannende

rendem Duft versehen.

Zeit steht bevor.

Eine Anti-Fog-Beschichtung auf Motorradhelmen und Sportbrillen verhindert die Eintr~ibung bei Beschlagen und sorgt fCir freien Blick. Dieser Baseballschl~iger ist dank integrierter Nanotubes (Baytubes) nicht nur robuster sondern auch leichter als vergleichbare ~ibliche Schl~iger.

Nanoprodukte. 38139

Form Follows Function?

NANO / NO NAN0

Wahrheit und Echtheit in der Arbeit mit Nanomaterialien.

In der Gestaltung von Geb~iuden existieren zwei grund-

dere Nanomaterialien werden in konventionelle Mate-

s~itzlich unterschiedliche Entwurfshaltungen beim

rialien integriert, so dass die Eigenschaften des Aus-

U m g a n g mit Materialien und Oberfl~ichen:

gangsmaterials nicht nur verbessert werden sondern

Materialehrlichkeit- ,,what you see is what you get"

funktionalit~it erhalten k6nnen.

Diese Variante pr~iferieren gern jene Architekten, fiir

Mit gezielter Funktionalit~it maf[geschneiderte Oberfl~i-

auch neue funktionale Eigenschaften oder eine Multi-

die Materialauthentizit~it Priorit~it hat und die dariiber

chenmaterialien werden zukfinftig zum Standard wet-

hinaus hochwertige Materialien wie beispielsweise Na-

den, so dass der 0bergang vom Katalogwerkstoff zum

turstein oder massives Holz sch~itzen.

eigens produzierten Werkstoff mit idealem Eigen-

Fakes - kiinstliche Oberfl~ichen, die natftrliche

bei bergen derart funktionalisierte Oberfl~ichen die

schaftsprofil bevorsteht - der perfekte Baukasten. DaGefahr, dass Alterserscheinungen wie Patina, die GeMaterialien imitieren Meist sprechen Kostengriinde fftr den Einsatz von ,,At- b~iuden und R~iumen ihren Charakter und Charme vertrappen". Selbst Beton oder ehrwiirdige Mauern sind

leihen k6nnen, eliminiert werden. Letztlich jedoch er-

mittlerweile en pZastfqus zu haben. Eine kiinstliche

m6glicht die Verfiigbarkeit von unperfekten und au-

Oberfl~iche ist ,,perfektioniert"-die Maserung etwa verl~iuft nachWunsch, der Farbton entspricht perfekt dem

thentischen Materialien wie auch von perfekten Oberfl~ichen eine gr6f[ere gestalterische Freiheit als bisher.

definierten Muster und ver~indert sich nicht. Bestimm-

Zielgerichtet nach Bedarf gestaltet, kann lebendige Pa-

te Designhaltungen bevorzugen eine forcierte, provo-

tina mit ,,cleaner" Asthetik im bewussten Kontrast ver-

kante Kfmstlichkeit.

bunden werden. Der Alterungsprozess selbst kann zu einer Frage der Zeit werden - er setzt nun frilher oder

Fftr die Zukunft k o m m t nun eine dritte Option hinzu:

auch sp~iter ein. Asthetische, funktionale und emotionale Qualit~itenk6nnen besser z u m Ausdruck gebracht

Funktionale Nano-Oberfl~ichen, die sich vom

werden- m a n hat die Wahl. In diesem Sinne gilt,,Form

Material emanzipieren

follows Function" nach wie vor, ja mehr denn je und

Die Eigenschaften der ultradiinnen Oberfl~ichen k6n-

betriffts~imtliche Bauaufgaben. Filr die hier skizzierte Entwicklung bestehen jedoch

nen sich dabei vollkommen von d e m beschichteten Material unterscheiden, die Fl~ichen sind transparent

auch Hindernisse. Im Bauwesen jenseits yon Neubau-

und v611igunsichtbar. Hierzu geh6ren auch Nano-Kom-

ten gibt es heute einen enormen Bedarf an Renovierung,

posite mit neuen Eigenschaften: Nanopartikel oder an-

Sanierung und Bauen im Bestand. Auf diesem Gebiet

,,Fakes" - hier Laminate, die echte Materialien simulieren sollen. Echtes Holz besitzt als natiJrliches Vorbild f~ir Imitationen im Gegensatz zu letzteren andere haptische, akustische und weitere sinnliche Eigenschaften.

stellt sich das Problem, dass Nano-Hightech-Stoffe auf

wisse Abh~ingigkeit vom Auftraggeber bestehe, dass die

eine alte, konventionelle Basis treffen und kompatibel

Prilfmethoden vorgegeben wilrden, das Ergebnis dem-

sein milssen. Der Einsatz neuer Materialien aus der Na-

entsprechend ausfalle und zu bewerten sei. Nichtsdes-

notechnologie bedeutet insbesondere auf diesem Ge-

totrotz vermitteln Prilfzeugnisse eine gewisse Sicher-

biet bisher sowohl ein juristisches als auch ein finanzi-

heit, die aus Anwendersicht besser sind als gar kein

elles Risiko filr alle Beteiligten. Ausfiihrende Firmen

Prilfzeugnis. Angebracht w~iren zukilnftig gesetzlich

wagen oft nicht, das Gew~ihrleistungsrisiko auf sich zu

vorgeschriebene Prilfungen, die unabh~ingig und genau

nehmen, weswegen es mit Schwierigkeiten verbunden

definiert sind.

sein kann, einen Anbieter fflr entsprechende Leistun-

,,No-Nano" Immer wieder tauchen Produkte im Kon-

gen zu finden. Ebenso k o m m t es vor, class an sich durch-

text ,,Nano" auf, deren Produzenten, im Einzelnen dar-

aus gute Produkte in der Anwendun g bzw. an mangeln-

auf angesprochen, verneinen, dass das entsprechende

der Anwendungsqualit~it scheitern. Nicht zuletzt ist die

Produkt mit Nanotechnologie zu tun babe. Manchmal

bauaufsichtliche Zulassung eine weitere Hiirde.

rilhrt die Konfusion aus einer Diskrepanz in der Defini-

Die Frage nach dem Echten stellt sich aber auch im

tion von ,,Nano".

Umgan Z mit den Nanomaterialien selbst. H~iufig bleibt es in der U n t e r n e h m e n s k o m m u n i k a t i o n der produzierenden Firmen unklar, ob Nanotechnologie hinter den verkauften Produkten steckt oder nicht. In diesem Umfeld gibt es verschiedene Ph~inomene: ,,Nano-Fake" Es k o m m t vor, dass mit ,,Nano" geworben

Ebenso passiert es, dass ,,Nano" im Spiel ist, aber aus Angst vor Negativschlagzeilen in der Kommunikation bzw. Werbung aus marketingtechnischen Griinden unerw~ihnt bleibt, beispielsweise wenn Lizenznehmer eines Nano-Patents ihrerseits bewusst auf ,,Nano" in der

wird (,,Nano geht immer...") und das Produkt schlicht

Kommunikation verzichten. Zuweilen ist es schwierig, filr die Planungspraxis im

nichts damit zu tun h a t - was sich m a n c h m a l bei einer

Architekturbilro ad~iquate Ansprechpartner filr das

Analyse im Labor herausstellen kann.

Thema ,,Nano" zu finden. Dann besteht die Gefahr, dass

,,Nano-Proof" Es gibt auch F~ille, in denen Firmen un-

f~irdie Anwendungwichtige Details unerw~ihnt bleiben,

gern detaillierte Informationen fiber den Hintergrund

wie zum Beispiel eine Unvertr~iglichkeit hydrophilen

einzelner Produkte herausgeben. Studien k6nnen oft

Glases mit Silikon, verbunden mit dem entsprechenden

nicht eingesehen werden. Andererseits warren andere

Hinweis auf alternative Dichtungsstoffe. Interessante

Produzenten mit Prilfzeugnissen unterschiedlicher

und k o m p e t e n t e Ansprechpartner findet m a n u n t e r

Herkunft auf. Prilfzeugnissen ohne gesetzlichen Hin-

anderem in der Produktentwicklun g bzw. Technik der

tergrund wird von m a n c h e n nachgesagt, dass eine ge-

Firmen oder sogar im Labor.

Form follows Function? 940 I 41

Okologie und Okonomie

UMWELT Nanotechnologieverbindet 0kologie und Okonomie.

Der Einsatz von Nanotechnologie bietet 6kologische und 6konomische Vorteile bei der Energieeffizienzund Ressourcenschonung. Klimaschonende Technologien sind in Zukunft mehr denn je gefragt. C)kologie und 0konomie sind zuktinftig untrennbar verbunden, well Schadensvermeidung langfristig kosteng@nstiger als Schadensbehebung ist. 0kologie rechnet sich, Klima-

kann aber sicher nicht als alleiniger Grund fflr eine ilberm~if{ige Zurilckhaltung gelten. Zu bedenken ist auch, dass ein Anbieter sich ins Off katapultieren kann, wenn er teurere Nanoprodukte zur Anwendung bringen will, die die Mitbewerber nicht in ihrem preisgilnstigeren Angebot ber@cksichtigen. Langfristig betrachtet ist Nachhaltigkeit gefordert. Bei

schonung rechnet sich - vorausgesetzt m a n l~isstsich auf die technologischen M6glichkeiten und ihre An-

Geb~iuden wird oft in 20/30-Jahres-Schritten geplant,

wendungsbedingungen ein.

tungen mit 2-3j~ihriger Haltbarkeit einzubringen. Es

daher kann es schwierig sein, beispielsweise Beschich-

Nano-Oberfl~ichen sind kein Selbstzweck, sondern finden sich jedoch durchaus Firmen, die 10-j~ihrige Gak o m m e n der Nachfrage nach Innovationen, auch in rantien auf Ihre Produkte aus dem Nanobereich geben. Hinsicht auf einen wirksamen neuen Marketingfaktor, Aber auch Produktionsprozesse k6nnen mit Hilfe von nach. Allein das Label ,,Nano" als Beweis filr Innovati- Nanotechnologie effizienter und damit kostengilnstiger gestaltet werden, denn sie geht mit dem Einsatz geonsbereitschaft taugt allerdings nicht viel.So manche solide technologische Neuerung wird aus der Sicht der ringster Mengen an Rohstoffen und Energie einherZielgruppe als blos Marketingmaf~nahme abgetan entweder direkt oder indirekt. Direkt, indem z u m Beiund nicht wirklich ernst genommen, wenn nicht klar spiel kratzfester Lack ultradtinn aufgetragen wird und kommuniziert wird, wo der Nutzen liegt und dass die damit sowohl Produktionsschritte als auch Material eingespart werden. Oder indirekt,indern beispielsweise Sache wirklich funktioniert. In der als konservativ geltenden Baubranche haben es

eine hocheffiziente D~immung zum Einsatz komrnt, die

Innovationen grunds~itzlich schwer. Kulturelle Unterschiede in der Mentalit~itder verschiedenen Anwender tun ein 0briges hinzu- die Risikofreudigkeit etwas Neues auszuprobieren ist unterschiedlich ausgepr~igt. Wird eher nach dem Prinzip ,,trialand error" verfahren oder wird statt dessen lange analysiertund geprfift,bevor es zur Ausftihrung komrnt? Ein entscheidender Faktor liegt bei der Haftung der Architekturbiiros. Dies

nicht nur Energie spart sondern auf[erdem den fiirsie selbst n6tigen Materialeinsatz und dessen Transportaufwand rninimiert. C)konomisch gesehen, reduzieren selbstreinigende Oberfl~ichen den Reinigungsaufwand. Aus 6kologischer Sicht ist es vorteilhaft, dass dem Material zu einer l~ingeren Lebensdauer verholfen werden kann, weil es weder durch st~indiges Putzen noch durch aggressive Mit-

Okologie und Okonomie sind zukiinftig untrennbar verbunden, weil Schadensvermeidung langfristig kosteng~instiger als Schadensbehebung ist.

tel strapaziert wird. Auch wird die Umwelt erheblich

centration) und Greenpeace bis hin zu aufkl~irenden

weniger mit Reinigungsmitteln belastet. Beides schont die Ressourcen.

,,NanoCare" und INOS, ,,Identifizierung und Bewertung

Studienprojekten von Regierungen und Industrie wie

Photokatalytisch wirksame Oberfl~ichen sind in der

von Gesundheits- und Umweltauswirkungen von tech-

Lage, per oxydativer Katalyse in der Luft vorhandene

nischen nanoskaligen Partikeln" (beide BMBF, Bundes-

Schadstoffe merklich zu eliminieren. Antibakterielle

ministerium fiir Bildung und Forschung, Deutschland, in Zusammenarbeit mit Industrie bzw. Mittelstand),

Oberfl~ichen k6nnen den Einsatz von Bioziden reduzieten. Hocheffiziente D~immstoffe sparen Energie, Photovoltaikelemente erh6hen ihren Wirkungsgrad.

dem EU-Profiekt ,,Nanosafe" mit Teilnehmern aus Wissenschaft und Wirtschaft oder der ,,Safer Nanomateri-

Umwe]tfreundliche Produktionsmethoden, Energieeffi-

als and Nanomanufacturing Initiative" (SNNI, Nanosci-

zienz, geringere Umweltverschmutzung und Ressour-

ence and Microtechnologies Institute und Air Force Re-

censchonung sind die Chancen, die sich mit der Nano-

search Laboratory, Oregon, USA) stehen Sicherheit, Ri-

technologie bieten. Im Idealfall sollte es dabei nicht um

siko und Einflfisse auf Umwelt und Gesundheit im Fo-

die einzelne Maf[nahme gehen sondern um eine 6kologische Gesamtbilanz, bezogen auf den Lebenszyklus eines Produkts oder auch eines Geb~iudes. Dazu geh6ren auch die Risiken hinsichtlich der Umweltauswir-

kus der Aufmerksamkeit und der Aktivit~iten. Als ein Kriterium for den Einsatz von Nanotechnologie w~ire zu fordern, dass die Chancen bei ihrem Einsatz m6gliche Risiken deutlich fiberwiegen sollten.

kungen auf Luft, Wasser und den menschlichen Organismus, auf die im folgenden Kapitel eingegangen wird. Die Einffihrung neuer Technologien ist grunds~itzlich immer mit Angsten verbunden, was eine v611ig norma-

Nicht alle Nanotechnologie darf dabei fiber einen Kamm geschoren werden. Grunds~itzlich besteht die Chance, mit Hilfe von Nanotechnologie die Umwelt zu verbessern. Denn die Umwelt ist auch ohne ,,Nano" in

le emotionale Reaktion ist. Wie sollte es bei der Nano-

Gefahr. Das Einlassen auf die technologischen M6glich-

technologie anders sein - Sicherheit, Arbeitspl~itze, Umwelt, Gesundheit, alles in mehr oder weniger grof[er

keiten kann im Gegenteil gerade ein Lichtblick sein.

Gefahr? Nano oder No-Nano? Wichti Z ist, dass Risiken erkannt werden. Bei verschiedenen Initiativen von NGOs (Non-Governmental Organisations, nichtstaatliche Organisationen) wie der Nano-kritischen ETCGroup (Action Group on Erosion, Technology and Con-

Okologie und Okonomie 942 143

Steckt der Teufel im Teilchen?

DEBATTE

0ber Risiken der Nanotechnologie.

von Marius K61bel Zu Beginn dieses Buchs wurde dargelegt, was Nanopar-

Wer sich in den letzten Jahren etwas intensiver mit der

tikel so besonders macht: Es ist der Umstand, dass ver-

Nanotechnologie befasst hat, wird wissen, dass zu eben

traute, allt~igliche Materialien neue, zum Teil spektaku-

dieser Problematik eine turbulente Debatte in Gang ge-

l~ire Eigenschaften zeigen, wenn sie in Form von Parti-

kommen ist. Potenzielle Anwender der neuen Techno-

keln vorliegen, die kleiner als 100 nm messen. Unterhalb

logie m6chten nattirlich erfahren, welche Herausforde-

dieser magischen Grenze k o m m e n bestimmte physika-

rungen in Z u s a m m e n h a n g mit diesem Themenkreis

lische Gesetzm~ifBigkeiten zum Tragen, die m a n ober-

auf sie zukommen werden. Ziel dieses Beitrags ist es

halb derselben nicht beobachtet. Grtinde hierffir sind

darum, einen kleinen Uberblick fiber m6gliche Risiken

unter anderem das sehr grolZe Verh~iltnis von Oberfl~i-

von Nanomaterialien, die laufenden Diskussionen und

che zu Volumen bei solch winzigen Partikeln und die

Aktividiten zu diesem Problemfeld und zu erwartende

damit verbundenen elektronischen Strukturen an ihrer Oberfl~iche. Werkstoffe werden dann unsichtbar, well

Konsequenzen fflr Anwender und Endverbraucher zu geben.

sie aufgrund ihrer Gr6fBe nicht mehr mit dem sichtba-

Tats~ichlich ist es so, dass Nanopartikel nicht nur ntltz-

ren Licht in Wechselwirkung treten; Gold 16st sich in

liche neue Eigenschaften aufweisen, sondern auch

Wasser unter Bildung intensiv gefiirbter Fltissigkeiten;

sch~idliche Effekte haben k6nnen, und das beschr~inkt

wieder andere Substanzen entwickeln bei so geringer

sich nicht auf Nanopartikel von Stoffen, die ohnehin als

Partikelgr6f{e eine starke katalytische Aktivit~it. Ober

giftigbekannt sind.Auch ein zun~ichst ,,positiver"Effekt

den Nutzen dieser und vieler anderer physikalischen

wie die erh6hte katalytische AktivitEit stellt nur eine

Ver~inderungen berichten die zahlreichen Beispiele in

Seite der Medaille dar. Es ist wie mit dem Unkraut: Ein

dieser Publikation.

solches gibt es eigentlich gar nicht, nur wird manches

Man muss nicht lange fiber diesen Sachverhalt nach-

Kraut am falschen Ort dazu. Nanopartikel eines be-

denken, u m zu der Frage zu gelangen, ob die Anderung

stimmten Materials k6nnen als effektive Katalysatoren

von Eigenschaften unterhalb einer Partikelgr6f~e von

viel Ntitzliches l e i s t e n - Reaktionen in der chemischen

i00 n m denn in jedem Falle etwas Positives darstellt. Industrie beschleunigen oder flberhaupt erst erm6glivertraute, unscheinbare Materialien pl6tzlich

chen und auf diese Weise Kosten und Energie sparen;

unsichtbar, farbenpr~ichtig oder katalytisch aktiv wetden, ist es dann nicht auch denkbar, dass Substanzen

den Verzicht auf umweltsch~idliche L6sungsmittel erm6glichen oder beim Abbau von Verschmutzungen, der

in Form von Nanopartikeln ganz unerfreuliche neue

Reinigung von Luft und Abw~issern helfen. Am falschen

Eigenschaften entwickeln, z.B. giftig, krebserregend

Ort jedoch, z. B. im menschlichen Organismus, kann der

oder umweltsch~idigend werden?

gleiche katalytische Effekt m6glicherweise verheeren-

Wenn

de Folgen haben. Er kann zu Entztindungen oder allergischen Reaktionen ffihren oder gar in Zell- und Vererbungsprozesse eingreifen und so karzinogene oder

Hand halten, bestehen diese Gefahren nicht mehr. Ahnlich verh~ilt es sich mit der Nanotechnologie, besonders wenn wir von Oberfliichenveredelungen oder

fruchtschiidigende Wirkungen haben. Es gilt also, den Organismus vor solchen Partikeln zu schfitzen. Das

Verbundwerkstoffen auf ihrer Grundlage sprechen. Die Unterscheidung von freien, ungebundenen Nanoparti-

wird jedoch dadurch erschwert, dass Nanopartikel auf-

keln und solchen, die in eine Beschichtung oder einen

grund ihrer Winzigkeit leichter Zugang zum Organis-

Triigerwerkstoff eingebettet sind, ist darum ffir das Ver-

mus finden als gr6gere Teilchen. Sie sind so klein, dass,

st~indnis der folgenden Ausffihrungen von essenzieller

zumindest in vielen F~illen, angenommen werden daft,

Bedeutung.

dass sie von den natfirlichen Filtersystemen des Atmungsapparates nicht erfasst werden. Erst einmal in

Zuvor soll nicht unerw~ihnt bleiben, dass die Nanotech-

den Bronchien und der Lunge angelangt, k6nnen sie dort nicht nur entzfindliche Prozesse ausl6sen, sondern auch sehr leicht fiber die Blutbahn in andere Organe verschleppt werden. Ihre Gr6ge macht es ihnen zudem leichter, in Zellen einzudringen und andere biologische Barrieren, wie die Blut-Hirn-Schranke, zu fiberwinden. Diese Informationen sind nicht eben dazu angetan, das Vertrauen in die Nanotechnologie zu befeuern. Doch irrationale Befftrchtungen sind unangebracht. Vielmehr ist es wichtig zu verstehen, unter welchen Bedingungen Nanopartikel tlberhaupt in den Organismus eindringen k6nnen, und ffir diese F~ille sinnvolle Schutzmagnah-

der Wissensstand fiber ihr Gefahrenpotenzial noch nicht zufriedenstellend ist.Er verbessert sich jedoch

men zu entwickeln. Die chemische Industrie hat in

nologie ein sehr junges Gebiet und aus diesem Grund

rasch, und manche Fragen, die bei Redaktionsschluss dieses Buches noch offen sind, werden bei seinem Erscheinen bereitsbeantwortet sein.Dass bis zur Kl~rung aller Ungewissheiten das Vorsorgeprinzip gelten sollte, ist unter den meisten Akteuren der Nanotechnologie Konsens. Nanopartikel sind nicht erst mit der Nanotechnologie in die Welt gekommen. Tats~ichlich sind wir tagt~iglich von ihnen umgeben. Sie entstehen bei so verschiedenen Prozessen wie der Verbrennung von Kraftstoffen in

zwei ]ahrhunderten gelernt, mit Gefahrstoffen umzu-

Motoren, Vulkanausbrfichen oder dem Rauchen einer Zigarette. Der zur Zeit viel diskutierte Feinstaub besteht

gehen. Viele Ausgangsstoffe oder Zwischenprodukte

meist zu einem gewissen Anteil aus Nanopartikeln. Wie

bei der Herstellung von Kunststoffen sind zum Beispiel

grog der Prozentsatz genau ist, h~ingt v o n d e r Quelle

alles andere als bek6mmlich, dennoch ist ihre Handha-

des Staubs ab, aber auch yon anderen Faktoren, wie der

bung heute gefahrlos m6glich, und im Produkt, das

Entfernung von dieser Quelle, der Temperatur, der

Verarbeiter oder Endverbraucher schlieglich in der

Windgeschwindigkeit oder der Luftfeuchtigkeit. Etwas

Steckt der Teufel im Teilchen? 944 145

salopp k6nnte man also sagen, dass durch unbeabsich-

arbeit, um diese Neigun Z der Partikel zu tiberwinden

tigte oder natiirliche Vorg~inge vielleicht bereits heute

(durch ausgeklilgelte Prozessfiihrung, Oberfl~ichenmo-

mehr Nanopartikel produziert werden, als zuktinftig

difizierung der Partikel oder Zusatz von Stabilisatoren).

durch gezielte Synthese.

Unter dem Gesichtspunkt Sicherheit ist dieser Fluch

Aber auch die industrielle Herstellun Z yon Nanoparti-

jedoch ein Segen, denn er bedeutet, dass man es real

keln ist nicht ganz so neu, wie es die Berichterstattung

gar nicht so oft mit Nanopartikeln zu tun hat. Selbst

fiber die Nanotechnologie manchmal suggeriert. Aller-

wenn, beispielsweise durch eine Havarie, Nanopartikel

weltschemikalien wie Siliziumdioxid, Titandioxid oder

aus einer Anlage austreten wtirden, kann man damit

Ruf[ werden zum Teil seit Jahrzehnten im grogen Maf{- rechnen, dass ein Grogteil von ihnen bereits nach kurstab in nanopartikul~irer Form produziert. Filr diese

zer Zeit und in geringem Abstand von derAustrittstelle

Prozesse gibt es seit Langem etablierte Sicherheitsvor-

zu gr6geren Gebilden zusammengewachsen ist, die

kehrungen, nicht zuletzt deshalb, weil die Hersteller aus den Erfahrungen mit Asbest und anderen gesund-

kein nanopezifisches Gefahrenpotenzial mehr bergen. Als erstes Fazit k6nnen wir also festhalten, dass freie

heitssch~idlichen St~iuben die notwendigen Konsequen-

Nanopartikel dutch gezielte, unbeabsichtigte oder na-

zen gezogen haben. Auch in jungen NanotechnologieUnternehmen, die neuartige Nanopartikel herstellen,

tilrliche Prozesse entstehen k6nnen. Die Feststellung

sind diese Maf{nahmen bereits vielfach Standard.

hen k6nnen, ist eine Aufgabe f[tr den Umwe]t- und

Wichti gist es auch zu wissen, dass freie Nanopartikel

Arbeitsschutz.

und Bek~impfung der Gefahren, die von ihnen ausge-

oft nur kurze Zeit existieren. Die Natur verabscheut

Mit freien synthetischen Nanopartikeln k o m m e n

n~imlich winzige Partikel, da diese in der Summe eine

w6hnlich nur Wissenschaftler oder Mitarbeiter der her-

sehr groge Oberfl~iche haben, und versucht, diese Ober-

stellenden Betriebe in Kontakt. Anwender von Nano-

fl~iche m6glichst zu minimieren. Diese Tatsache wird

technologie-basierten Beschichtungen oder Werkstof-

ge-

etwa dadurch illustriert, dass kleine Wasser- oder

fen hingegen begegnen ihnen nur eingebettet in eine

Quecksilbertr6pfchen zu gr6geren Tropfen zusammen-

Beschichtungsmatrix oder ein Tr~igermaterial.

fliegen, wann immer sich eine M6glichkeit dazu bietet.

Eine Beschichtungsmatrix entsteht tiblicherweise bei

Mit Nanopartikeln verh~ilt es sich genauso: Sie haben

der Anwendung des sogenannten Sol-Gel-Verfahrens.

eine sehr starke Tendenz, sich rasch wieder zu gr6ge-

Dieses im Detail zu erl~iutern, wtirde den Rahmen die-

ren Agglomeraten zusammenzuballen. Aus der Sicht

ses Beitrags sprengen. Grob vereinfacht kann man sa-

des Synthetikers ist dieses Bestreben natilrlich ein

gen, dass bei dem Verfahren eine L6sung bestimmter

Fluch, und es erfordert viel Know-how und Forschungs-

siliziumhaltiger Chemikalien mit verschiedenen her-

Das fiktive,smart dust sensory outfit" (Entwurf: JCirgen Mayer H.) stellt eine intelligente Staubwolke dar: Die Body.Guards checken permanent das Umfeld des Tr~gers auf physische, biologische, chemische oder radioaktive Gefahren und generieren einen Schutzschild in Form eines externen Immunsystems. Selbstverst~ndlich organisiert sich der Staub selbst. Das I~sst an die berCichtigten Nano-Schw~irme in Michael Crichtons Roman ,,Prey" (,,Beute") denken, in dem diese jedoch alles andere als beschCitzend sind, sondern im Gegenteil eine t6dliche Bedrohung darstellen.

k6mmlichen Beschichtungstechniken auf eine Oberfl~i-

den, k6nnen also nicht mehr aus der Beschichtun Z

che aufgebracht und abschlief{end geh~irtet wird, wo-

austreten.

bei die erw~ihnten Chemikalien sich zu einem stabilen

Nun stellt sich die Frage, ob dies auch gilt, wenn das

Netzwerk verbinden, das in vielen F~illen auch noch

Material starker mechanischer Beanspruchun Z ausge-

durch chemische Bindungen an der Oberfl~iche des

setzt wird, also beim Brechen, S~igen, Fr~isen, Feilen,

Substratmaterials fixiert sein kann. Je nach Zusam-

Bohren, Mahlen oder Schleifen. Kann man ausschlie-

mensetzung der Beschichtungsl6sung variieren die Ei-

lien, dass bei diesen Vorg~ingen Nanopartikel aus der

genschaften einer solchen Oberfl~iche zwischen den

Matrix gerissen und in die Luft entlassen werden? Nach

Extremen glasartig oder kunststoffarti Z. Enth~ilt die Be-

bestem Wissen und Gewissen kann man das. Wie be-

schichtungsl6sun Z auch Nanopartikel, so k6nnen de-

sche H~irte, Abriebfestigkeit, dekorative Farbigkeit oder

reits erw~hnt, ist die Herstellun Z von Nanopartikeln ein sehr anspruchsvolles Unterfanzen, da die Natur der Bi]dun Z so]ch winziger Teilchen entgegensteht. In den meisten F~llen werden Nanopartikel auf d e m sogenann-

katalytische Aktivit~it. Vielfach sind die Partikel wiede-

ten Bottom-up-Weg hergestellt,das heif{tm a n l~sst sie

rum chemisch an das Netzwerk der Beschichtungsmatrix oder auch an die Oberfl~iche des Substrats gebun-

ausgehend von molekularen L6sungen wachsen und stoppt das W a c h s t u m bei Erreichen der zewfmschten

ren Eigenschaften auf die resultierende Beschichtun Z ftbertragen werden; dazu geh6ren zum Beispiel kerami-

Steckt der Teufel im Teilchen? 946 I 47

Gr6ge. Der umgekehrteWeg-die mechanische Zerklei-

ses Problem, aber eines, dass durch die gezielte Ver-

nerung gr6gerer Objekte hinab zu Nanopartikeln-galt

wendung von Nanopartikeln in Beschichtungen nicht

noch vor kurzem als praktisch unm6glich. Erst in den

wesentlich an Brisanz gewinnt.

letzten ]aMen ist es Experten nach grogem Entwicklungsaufwand gelungen, Nanopartikel einiger Materialien durch Mahlen zu erzeugen. Doch auch hier ist der Zusatz von Oberfl~ichenmodifikatoren und Stabilisatoren n6tig. Dass also Nanopartikel unbeabsichtigter Weise bei zerspanender Bearbeitung entstehen oder freigesetzt werden, ist mehr als unwahrscheinlich,

Bei all diesen Uberlegungen daft nicht vergessen werden, dass wir hier immer von sehr kleinen Substanzmengen sprechen. Ein herausragender Vorteil der Nanotechnologie ist ja gerade die enorme Sparsamkeit im Materialverbrauch. Stelltman sich einen Zuckerwilrfel zu Nanopartikeln zerkleinert vor, so kann man mit diesen ungef~ihr die Fl~iche eines Fugballfeldes bedecken.

Wiire dies ohne weiteres m6glich, so w~ire man ja be- Dieses Beispiel macht anschaulich, mit welch geringen reits seitden Anfiingen des S~igens und Bohrens mit der Mengen freigesetzter Nanopartikel man im schlimmsten Falle rechnen muss. Emission von Nanopartikeln konfrontiert. Nicht g~inzlichvonder Hand zu weisen ist ein anderes Ziehen wir also das zweite Fazit: Verarbeiter und EndanProblem, das der Entsorgung. Es ist prinzipiell denkbar, wender von Nanotechnologie-basierten Beschichtundass auf lange Sicht Substratmaterial und/oder Be- gen kommen nicht mit freien Nanopartikeln in Beriihschichtungsmatrix durch Verwitterung g~inzlich ver- rung, da letztere lest in eine Matrix eingebunden sind, schwinden (was ja durchaus Ziel der Entwicklung sein aus der sie dutch mechanische Beanspruchung nicht kann, zum Beispiel bei biologisch abbaubaren Materia- freigesetzt werden k6nnen. Eine spezielle Entsorgung lien), w~ihrend die eingebetteten Nanopartikel erhalten am Ende des Produktlebenszyklus kann in manchen bleiben und dann in die Luft gelangen oder in den Bo- F~illenjedoch n6tig sein. den eindringen. Diese M6glichkeit sollte bereits beim Spezielle regulatorische Instrumente filr die NanotechDesign von Nanobeschichtungen und -materialien be-

nologie existieren zur Zeit noch nicht. Die Tatsache,

rilcksichtigt werden und wird in dem einen oder ande-

dass man es bei Nanopartikeln bekannter Stoffe durch-

ren Fall sicher besondere Entsorgungsvorschriften mit

aus mit neuen Chemikalien zu tun hat, fand noch kei-

sich bringen. Berilcksichtigung verlangt auch das Ver- nen Eingang in Gesetze und Vorschriften. In vielen F~ilhalten im Brandfall, doch wie schon eingangs erw~ihnt, len werden bestehende Regelungen allerdings filr die entstehen bei Verbrennungsprozessen ohnehin viel- Registrierung von Nanopartikeln ausreichend sein. Sie fach freie Nanopartikel. Das ist keinesfall ein harmlo- werden als neue Substanzen kategorisiertwerden (auch

wenn das ,,Muttermaterial"bereits s e i t l a n g e m b e k a n n t

die sich mit m6glichen Risiken der Nanotechnologie

ist) und den gleichen Nachweispflichten und Eingrup-

befassen, grof{ztigig zu f6rdern und es dabei zur Bedin-

pierungen in Gefahrstoffklassen unterliegen, wie alle

gung gemacht, class die Ergebnisse der Untersuchun-

anderen Chemikalien auch. Die Reform des europ~ii-

gen 6ffentlich zug~inglich sein miissen.

schen Chemikalienrechts (REACh) sieht in seiner aktu-

Wer sich heute als Unternehmer daftir entscheidet, Na-

ellen Form keine besondere Behandlung von Nanoma-

notechnologie ftir neue Produkte oder zur Verbesse-

terialien vor. Umwelt- und Verbraucherschiltzer bean-

rung bereits existierender Produkte einzusetzen, wird

standen dies jedoch massiv, und m6glicherweise

sich auch mit einigen Herausforderungen konfrontiert

kommt es noch zu Nachbesserungen in ihrem Sinne.

sehen, die sich aus der laufenden Risikodebatte erge-

Erfreulich an der laufenden Risikodebatte zur Nano-

ben. Er wird auflerdem vielfach noch einiges an zeitli-

technologie ist, dass sie bereits in einem so frtihen Sta-

chen und flnanziellen Ressourcen in Entwicklungsar-

dium einsetzt. Die Erfahrungen mit der Kernenergie

beiten investieren mtlssen. Doch all dies diirfte mehr

und mehr noch der Gentechnik haben gezeigt, dass es

als aufgewogen werden durch den zu erwartenden

h6chst kontraproduktiv ist, die 6ffentliche Diskussion

Mehrwert. Wet heute Nanotechnologie erfolgreich im-

ilber negative Aspekte neuer Technologien in die Zeit nach ihrer breiten Einftihrung zu verlegen. Bei der Na-

plementiert, proflliert sich nicht nur als Innovator, sondern wird vor allem for lange Zeit einen exklusiven

notechnologie erleben wir erstmals, class eine sensible

Vorsprung vor seinen Wettbewerbern haben. Der Zuge-

Besch~iftigung mit potenziellen Risiken parallel zur

winn an Qualit~it und Funktionalit~it bei minimalem Entwicklung und beginnenden Vermarktung der ersten Materialeinsatz wird sich auch dem Kunden erfolgreich Produkte stattfmdet. Dabei sind alle relevanten Interes- vermitte]n lassen. sengruppen von Anfang an involviert: Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und Nichtregierungsorganisationen kooperieren bei d e m Versuch, einen Konsens zu schaffen, und bem~Jhen sich auch u m die Einbindung der breiten 0ffentlichkeit. Dieser Prozess flndet derzeit in vielen Staaten auf nationaler Ebene statt,aber auch im R a h m e n der Europ~iischen Union und in internationalen Gremien wie der ISO und der OECD. Die 6ffentliche Hand hat auf{erdem begonnen, Forschungsprojekte,

Steckt der Teufel im Teilchen? 948 149

Nanotechnologie und Produktdesign

DESIGNKONZEPTE

Die Kreativen Industrien erschlief{en einen Zukunftsmarkt.

von Sascha Peters Ein Szenario filr das JaM 2015: Die knapper werdenden

TU Liberec meldeten Ende 2004 eine Maschine zur Her-

Werkstoff- und Energieressourcen sowie die zunehmende Erderwfirmung zwingen die Beh6rden zu stren-

Das Anwendungspotenzial der Nanofasern wurde da-

gen Auflagen fflr die Automobilindustrie. In Zukunff

bei in der Medizintechnik (zur Bek~impfung von Virus-

stellung yon Fasern im Nanobereich zum Patent an.

soll ein Fahrzeug nach einer Mindestlebenslaufzeit von

erkrankungen), im Baugewerbe oder in der Automobil-

fflnf Jahren zu 100% recyclebar sein. Der VolkswagenKonzern reagiert auf die versch~irften gesetzlichen Rahmenbedingungen mit dem Aufbau eines neuen Produktionsprozesses. Um die Konkurrenzfiihigkeit des

industrie gesehen. Dass die Designer Patrick Faulwetter, Daniel Simon und Ian Hunter gerade in einem Design Center eines deutschen Automobilisten in Kalifornien die geeigneten

Unternehmens langfristig zu sichern, werden Milliar-

Rahmenbedingungen vorflnden, um auf der Basis wis-

den Nanomaschinen yon nicht mehr als einem halben Millimeter Durchmesser eingesetzt, die die Leichtbaustruktur eines neuen Automobils, des Nanospyders, selbstt~itig aufzubauen und zu demontieren im Stande sind. Dank des additiven, hochflexiblen Fertigungsvorgangs ist der Nanospyder auf Gewicht, Leistung und Energieverbrauch hin optimiert. Intelligente verform-

senschaftlicher Erkenntnisse Zukunftsszenarien fflr die Automobilindustrie zu erarbeiten, zeigt deutlich eine Schw~iche der deutschen Wirtschaft (Kerka et al. 2007). W~ihrend die deutsche Volkswirtschaff bei den

bare Zonen stellen sich vorausschauend auf ~iuf{ere Kr~ifte ein und garantieren dadurch ein H6chstmaf[ an

Patentanmeldungen im internationalen Vergleich zur Spitzengruppe geh6rt, findet die Vermarktung der technischen Neuerungen meist anderswo statt. Der iPod ist ein gutes Beispiel daffir. Wfihrend sich die FraunhoferGesellschaff als Erfinder des MPB-Formats fiber j~ihrli-

Sicherheit. Viel versprechende Zukunftsvision oder blof{e Science

freut, erstflrmt ein amerikanischer Computerkonzern

Fiction? So oder so ~ihnlich lauten Reaktionen, die zu-

die Verkaufsregale dieser Welt und ver~indert das Nut-

che Lizenzgebflhren in mehrstelliger Millionenh6he

kunftsweisenden Designkonzepten hierzulande in aller

zungsverhalten beim Konsumieren von Musik nachhal-

Regel entgegen gebracht werden. Ein ,,Spiegel"-Artikel vom 30. Oktober 2006, der fiber die Ergebnisse des De-

tig (Peters 2006).

signwettbewerbs der Los Angeles Auto Show berichtete, ffihrte gar den Titel: ,,Ideen fflrden Komposthaufen" (Grflnweg 2006). Dabei basiert der genannte Wettbewerbsbeitrag auf einer realen Technologieentwicklung der tschechischen Textilindustrie.Wissenschaftler der

Die Untemehmensberatung Booz Allen Hamilton konnte in Ihrer aktuellen Studie nur ein deutsches Unternehmen in die Liste der derzeitigen Innovationsfflhrer mit so wohlklingenden Markennamen aufnehmen, und das ist Adidas. Die frfihzeitige und strategische Einbindung der Leistungen der ,,Kreativen Industrien" (Design,

Nanospyder - Designstudie f~ir den LA Design Challenge 2006: Nanospyder-Produktion mit Nanomaschinen.

Nanotechnologie und Produktdesign 950151

Nanospyder: LA Design Challenge 2006.

Architektur, Marketing, PR usw.) in den Innovationsprozess, also die Ausrichtung der Forschungs- und Ent-

nen die bislang noch fehlende kommerzielle Umsetzung der Forschungsergebnisse an (Niesing 2006). Hier wicklungst~itigkeit auf den Mark% war dabei das Mittel wird die Notwendigkeit zum Invest in die Kreativen Inzum Erfolg. ,,Die Kreativen Industrien ffigen Technolo- dustrien deutlich. giel6sungen den Mehrwert hinzu, der aus der reinen Neben nanoveredelten Oberfl~ichen liegt in der InforErfindung ein marktfiihiges Produkt macht," so Heinz- mationstechnologie ein weiterer riesiger Markt ftlr die Jtirgen Gerdes, Gesch~iftsftihrer der Bremer Design Nanotechnologie. Enorme Potenziale zur Verkleinerun Z G m b H (Peters 2007). elektronischer Bauteile und zur Erh6hung der IntegraInsbesondere die noch junge Nanotechnologie bietet tionsdichte sind gegeben. Schon heute liegt die realihier sehr gute M6glichkeiten. Die Anwendungspotenzi- sierbare Strukturbreite von Schaltkreisen auf Compuale wurden bislan Z nur grob durch die Forschun Z be- terchips bei 90-130nm. Bis 2020 soll diese his auf einen schrieben: ,,Autos, die auf Knopfdruck die Farbe wech- Weft von 23nm sinken: ,,Die Mikroelektronik wird zur seln; Kleidung, die K6rperfunktionen tlbernimmt, oder Nanoelektronik" (Hartmann 2006). Als Folge wird die intelligente Medikamente, die selbst erkennend an ih- Vielzahl der gegenw~irtig zur Anwendung kommenden ren Wirkort gelangen," lauten einige der noch sehr un- Ger~ite (Handy, PDA, MP3-Player, Digitalkamera usw.) pr~izisen Konzepte (Oesterreicher 2006). Experten mah- wohl in naher Zukunft auf eines reduziert- eine Aufga-

Senkung des Infektionsrisikos dank Nanosensorik.

be for das Industriedesign! Den Anfang machte wiederum der Computerkonzern Apple mit dem iPhone: nach iMac, iTunes und iPod die vierte revolution~re Entwicklung in der letzten Dekade. Nicht zuf~llig haben die Kreativen Industrien bei diesem Unternehmen eine schon fasttraditionellbedeutende Rolle und werden in strategische Entscheidungen frtlhzeitig einbezogen. Ftlr Produktdesigner von grof~em Interesse sind auch

die M6glichkeiten, die sich durch die zunehmende Verkleinerung elektronischer Komponenten ftir den Textilbereich ergeben. ,,Smart textiles", also die intelligente Kleidung, lautet einer der sich aktuell in der Diskussion beflndlichen Begriffe. Produktbeispiel sind Outdoorjacken, in die ein MP3-Player eingewoben ist oder in denen Heizleiter vor Erfrierungen schtitzen. Licht erzeugende lumineszierende Elemente (OLED) werden in

Nanotechnologie und Produktdesign 952 IS3

Zukunft die Sicherheit von Extremsportlern bei Nacht erh6hen (Peters, Kalweit 2006). An Textilien, die mit elnet besonderen Sensorik den Gesundheitszustand eines Menschen (z.B. Blutzuckerspiegel) tiberwachen, wird derzeit geforscht (Halbeisen 2006). K6rperdaten zu erfassen und Wetterbedingungen zu priifen, war auch Ziel eines Absolventen der Universit~it Duisburg-Essen. Design-Studenten waren in 2006 aufgerufen, die Potenziale der Nanotechnologie in marktfiihige Anwendungen zu ttberftlhren. Kevin Kreft m6chte mit seinem Produkt ,,Sensoa" insbesondere Sportier vor Ersch6pfung und Bergsteiger vor widrigen Wetterverh~iltnissen schiltzen. Eine andere interessante studentische Entwicklung, die die Potenziale der Kreativen Industrien zeigt, ist das Produktkonzept ,,Nanoplast" von Martin Langhammer. Infektionen der Wunde werden dutch Nanosensoren frtihzeitig erkannt, die auf charakteristische Eiweif{stoffe reagieren. Ein Display warnt Patient oder Pflegepersonal mit einer auff~illigen roten Einfiirbung vor m6glichen gesundheitlichen Beeintr~chtigungen. An diesen Beispielen wird deutlich, class der Zukunftsmarkt der Nanotechnologie branchentibergreifend Wirtschaftspotenziale erschlief{en wird. Die Kreativen Industrien werden bei friihzeitiger Integration in den Innovationsprozess die 0berftihrung technologischer Potenziale in marktfiihige Produkte beschleunigen.

Quellen Booz Allen Hamilton:,,Global Innovation 1000", Innovationsstudie, hrsg. von der Unternehmensberatung Booz Allen Hamilton, 2006. GrOnweg, T.:,,Ideen for den Komposthaufen"; Hamburg: Spiegel-Online, 3O.1O.2006. Halbeisen, M.:,,Intelligente Textilien"; in: Oesterreicher, M:,,Highlights aus der Nanowelt"; Freiburg, Basel, Wien: Herder Spektrum, 2006. Hartmann, U.:,,Faszination Nanotechnologie"; MOnchen: Elsevier/ Spektrum Akademischer Verlag, 2006. Kerka, F.; Kriegesmann, B.; Schwering, M. G.; Happich, J.:,,Big Ideas erkennen und Flops vermeiden - Dreistufige Bewertung von Innovationsideen"; hrsg. vom Institut for angewandte Innovationsforschung e.V. an der Ruhruniversit~it Bochum, 2007. Miller, F.:,,Nanoveredelte Oberflachen", in" Fraunhofer-Magazin 1/2005; MOnchen: Fraunhofer-Gesellschaft, 2005. Niesing, B.:,,Zwerge mit Riesenpotenzial", in: Fraunhofer-Magazin 4/2006; MOnchen: Fraunhofer-Gesellschaft, 2006. Oesterreicher, M:,,Highlights aus der Nanowelt"; Freiburg, Basel, Wien: Herder Spektrum, 2006. Peters, S.; Kalweit, A.:,,Handbuch for Technisches Produktdesign - Material und Fertigung, Entscheidungsgrundlagen for Designer und Ingenieure", hrsg. von Kalweit, A.; Paul, C.; Peters, S; Wallbaum, R.; Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag, 2006. Peters, S.:,,Materialien und Fertigungsverfahren for Designer in der

Automobilindustrie", Vortrag, Frankfurt, Euromold 2006. Peters, S.:,,Kommunikation im Wandel... Kreative Industrien erschlieffen Zukunftsmarkte im Web 2.0", Magazin for Moderne M~irkte, ARGUZ Publishing, Bielefeld, 2007.

K6rperdatenerfassung fCir

Extremsportler.

Nanotechnologie und Produktdesign 954[55

Funktionen und Anwendungen

Wenn es einen triftigen Grund gibt, Nanotechnologie in der Architektur einzusetzen, dann den der Energieeffizienz. Um dem Klimawandel zu begegnen, die Treibhausgas-Emissionen in absehbarer Zeit drastisch zu

gieeffizienter und klimaschonender Bauweisen zu innovativen L6sungen. Es geht also keineswegs darum, eine vermeintliche ,Nano-Mode" mitzumachen, u m lediglich im Trend zu

senken, steht Nanotechnologie als klimafreundliche

sein, so wie es st~indig mit wechselnden Moden ge-

neue Technologie zur Verfflgung. Der Einsatz von Na-

schieht. ,,Ifyou pick up on it quick, you can say you

notechnologie im Bauwesen dreht sich letzten Endes

were there"- der Cure-Song ,,Jumping Someone Else's

immer um den Fixpunkt der Nachhaltigkeit. Steigerung

Train" (Text:Robert Smith) dreht sich darum, dass m a n

der Energieeffizienz und gleichzeitig deutliche Vermin-

im Gegenteil eigenen Vorstellungen folgen sollte (es

derung der Treibhausgase sind dabei erkl~irtes Ziel vieler Nationen. Die erste Phase des Kyoto-Protokolls l~iuft 2012 aus, ein Nachfolgeabkommen erfordert weitere Aktivit~iten. International mflssen die CO2-Emissionen bis 2050 halbiert werden, was ein konsequentes und vor allen Dingen sofortiges Handeln erfordert. Energieeffizientes Bauen im Rahmen der gesamten Wertsch6pfungskette ist verlangt, erst recht well das Bauwesen

ging dabei 1978/79 nicht u m den Kontext Nano, sond e r n u m die in England aufkommende Mod-Fashion). Der Songtext l~isstsich ohne Einschr~nkung auf die vielzitierte ,Nano-Mode" anwenden und trifftgenau den Punkt. Nur als ,Mode-Label" verstanden nach d e m Motto ,,wirsind bei 'Nano' dabei", urn dann wieder d e m n~ichsten Hype hinterherzulaufen, kann keine dauerhafte Basis sein.

sich unter den gr6gten CO2-Emittenten befindet. Archi-

Geht es allerdings darum, Nutzen aus einer der durch

tekten und Planer haben es in der Hand, mit innovati-

Nanotechnologie m6glichen Funktionen zu ziehen, mit

yen L6sungen dem Klimawandel gezielt entgegen zu

Ihrer Hilfe sogar eine Innovation auf die Beine zu stel-

steuern und dabei anspruchsvolle Architektur mit

len, dann macht ihr Einsatz dauerhaft Sinn- unabhiin-

Energieeffizienz zu verknflpfen. Der Einsatz von Mate-

gig von beliebig austauschbaren Modetrends. Um in

rialien und Oberfl~ichen, die durch Nanotechnologie erst m6glich werden, verhilft Architektur, Innenarchi-

diesen Bahnen zu denken, ist die Kenntnis der unterschiedlichen Funktionsm6glichkeiten Grundvorausset-

tektur und verwandten Disziplinen hinsichtlich ener-

zung. Die Struktur der folgenden Darstellung folgt des-

wegen den Eigenschaften von Nanomaterialien und

die Beteiligten besser vorstellbar machen k6nnen. Die

-oberfl~ichen, wie etwa luftreinigend, selbstreinigend

gebauten Beispiele von Kollegen aus allerWelt sollen

usw., also nicht den zugrunde liegenden chemischen

bei tierAnn~iherung an die neuen Entwicklungen hel-

oder physikalischen Prinzipien beispielsweise der Pho-

fen. Es werden wegweisende Projekte aus verschiede-

tokatalyse. Es er6ffnet sich eine Vielfalt innovativer

nen L~indern vorgestellt,die naturgem~i9 aus den letz-

Nutzungsm6glichkeiten im Hier und Jetzt. Energie-

ten Jahren stammen. Alle Fallbeispiele integrieren

efflzienz dutch Nanotechnologie ist deflnitiv bereits

Nanomaterialien bzw.-oberfl~ichen und bilden darnit

heute m a c h b a r - alas zeigen die hier ver6ffentlichten

eine solide und greifbare Basis der zuktlnftigen Ent-

Projekte.

wicklung, die spannend zu sein verspricht.

Zukunftsvisionen, an denen besonders Firmen hin-

Bewusst wurde darauf Weft gelegt, die einzelnen Pro-

sichtlich der Entwicklung neuer Produkte interessiert

]ekte m6glichst in ihrer Gesamtheit zu zeigen und nicht

sind, beziehen sich oft auf Zeitr~iume von 15 bis 20 ]ah-

einen losgel6sten Teilbereich, bei dem ,,Nano" vertreten

ten. Bedenkt man die Dauerhaftigkeit eines Bauwerks

ist. Bei einer Entwurfs- und Bauaufgabe geht es immer

und dartlber hinaus auch die Haftung der Architekten,

auch u m den Gesamtkontext - ob die A n w e n d u n g in

rilckt die Zukunft pl6tzlich sehr nah, denn in 15 Jabten werden Architekten noch in tier Haftung ftlr heute

einer Fuf{ballarena oder in einer Privatvillagefragt ist, macht einen Unterschied. Ein Verst~indnis for den Kon-

geplante Bauten stecken. Bezogen auf das Bauen, ver-

text istn6tig,u m den realen Einsatz und die Integration

langt der Einsatz von Nano-Oberfl~ichen nicht nut vom

in der Praxis der Umweltgestaltung zu zeigen, sonst

Planer, sondern auch von Bauherren Innovationsfreude

h~tte es auch das reine Produktabbild, fotograflert in

und Offenheit fiir neue und zukunftsweisende Technologien.

ter Verzicht auf Illustration, well ,,Nano" ftir das mensch-

Nicht zuletzt deshalb werden erg~inzend zur Erl~iute-

liche Auge sowieso unsichtbar ist. In der Architektur,

der Lagerhalle, getan oder sogar eine Beschreibung un-

rung der verschiedenen Funktionen im Folgenden re-

Innenarchitektur und verwandten Gebieten dagegen

pr~isentative Praxisbeispiele gezeigt, die den konkreten

geht es um die sichtbaren konkreten Anwendungen.

Einsatz der Innovationen transparenter und damit ftir

Funktionen und Anwendungen 956157

LOTUS-EFFECT

Microrau, nicht glatt. Hydrophob - Wasser perlt ab.

Diese Art der Selbstreinigung geh6rt zu den bekanntes-

milch beobachten kann. Wesentlich ist, dass Lotusbl~it-

ten Mitteln der Oberfl~ichengestaltung mit Nanomate-

ter eine mikroraue wasserabweisende (hydrophobe)

rialien. In anderen L~indern, beispielsweise in Japan, ist

Oberfi~che besitzen, die mit winzig kleinen N6ppchen fibers~t ist,damit eine nur geringe Auflagefl~che bietet und sich daher nur wenig benetzen l~sst.Aufgrund einer solchen Mikrostrukturierung werden an sich schon hydrophobe Oberfi~chen noch weniger benetzt. Und die Wirkung der Rauigkeit l~sst sich auch wiederum steigern: In der Zusammenwirkung mit Wachs, der auf den Spitzen der Noppen des Lotusblattes sitzt und ebenfalls hydrophob wirkt, ist in Kombination mit selbstheilenden Mechanismen die perfekte superhydrophobe, selbstreinigende Oberfl~iche entstanden. Wasser rollt in Kugeln ab, nimmt dabei den auflagernden Schmutz mit; verletzte Blattoberfl~ichen regenerieren sich selbstt~itig.

die Photokatalyse weitaus popul~irer. Die Bezeichnung Lotus-Effect ist griffig, man assoziiert damit abperlende Wassertropfen, deshalb wird der Effekt oft mit leicht zu reinigenden ,,Easy-to-clean"-Oberfl~ichen oder mit ebenfalls selbstreinigenden, photokatalytisch wirksamen Oberfl~ichen verwechselt. Selbstreinigende Oberfl~ichen wurden bereits in den 70ern von dem Botaniker Wilhelm Barthlott an der Universit~it Heidelberg erforscht. Es handelt sich dabei um eine selbstreinigende Eigenschaft, die man in dieser Form nicht nur bei asiatischen Lotusbl~ittern, sondern genauso bei europ~iischer Kapuzinerkresse, amerikanischem Kohl oder der siidafrikanischen Walzen-Wolfs-

Die Lotusblume mit ihren naturgegebenen Selbstreinigungseigenschaften ist Namensgeberin des,,Lotus-Effects" Eine Wasserkugel auf einer superhydrophoben, in der mikroskopischen Aufnahme klar erkennbar genoppten Oberfl~iche. Die 5 bis 10 Mikrometer hohen Noppen, hier in vergr613erter Ansicht, sind ihrerseits von einer Nanostruktur ~iberzogen und besitzen aul~erdem wachskristalline Spitzen.

Selbstreinigend: Lotus-Effect. 58159

Die Mikrostruktur der Fassadenoberfl~che mit dem auf Nanotechnomogie basierenden Lotus-Effect Farbanstrich orientiert sich am natLirlichen Vorbild. Laufbahnen abperlender Wassertropfen in der Natur und an einer Fassade.

Wenn hier von ,,Wasser" die Rede ist, ist wirklich sol-

Bei einer nur geringen auftreffenden Wassermenge bil-

ches gemeint. Bei Kontakt mit netzenden Substanzen

den sich Laufoahnen der Tropfen oder auch Antrock-

wie Shampoos oder Sptilmitteln funktioniert die Trop-

nungspunkte, was die gesamte Fl~iche eher schmutzi-

fenbildung nicht m e h r - Tenside zerst6ren die hydro-

ger als sauberer erscheinen l~isst. Ohne die Anwesen-

phobe Wirkung. Deswegen ist vom Einsatz in entspre-

heit von Wasser ist der Einsatz entsprechender

chenden Bereichen, wo st~indig Kontakt mit derartigen Mitteln besteht, eher abzuraten. Abspfilen mit klarem

Oberfl~ichen natfirlich sinnlos. Extremen mechanischen Beanspruchungen h~ilt die

Wasser sorgt jedenfalls daffir, dass die entsprechende Funktion wieder aufgenommen wird. Ktinstliche, mit Hilfe von Nanotechnologie erzeugte ,,Lotusoberfl~ichen" verftigen bislan Z leider noch fiber

strukturierte Oberfl~iche heute noch nicht stand, weshalb Anwendungen beispielsweise im Fuf{bodenbereich gegenw~irtig wenig sinnvoll sind. Bei Textilien fiberfordern mechanische Beanspruchungen wie etwa ein

keine selbstheilenden Kr~ifte, sind aber, richtig eingesetzt, durchaus effektive Mittel zur Selbstreinigung. Sinnvoll ist der Einsatz dort, wo die Fl~iche von Wasser, insbesondere Regen erreicht wird und es ablaufen kann.

Waschmaschinenwaschgang die Haltbarkeit. Das gilt selbstverst~indlich genauso ffir die Behandlung mit abrasiven Reinigungsmitteln, die man unterlassen sollte. Ansonsten aber ist der Lotus-Effect grunds~itzlich von

In dieser Visualisierung wird schematisch das Wirkungsprinzip des Lotus-Effects deutlich: Noppenstruktur in Kombination mit verringerter Auflage und Adh~sionskraft formen Wassertropfen zu Kugeln, die abrollen und dabei auflagernden Schmutz mitnehmen.

Selbstreinigend: Lotus-Effect.

60161

Dauer: Fassadenfarbe beh~ilt auch noch nach filnf Jah-

entwickelt wurde. Es werden die superhydrophoben Ei-

ten ihre uneingeschr~inkte Funktionsweise. Lotus-Effect-Produkte sind, ungeachtet der Popularit~it

genschaften, die Oberfl~ichenstruktur und das Vorhan-

des Begriffs, bisher relativ tar. Der Botaniker Wilhelm Barthlott vom Nees-Institut der Universit~it Bonn ist seit 1997 Inhaber der Patente und der geschfttzten Marke ,,Lotus-Effect" und hat im April 2006 gemeinsam mit dem in Deutschland ans~issigen Institut fiir Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) Denkendorf ein zukunftswei-

gepriift. Diverse Produkte (z.B. Farbe ,,Lotusan" von Sto, friiher Ispo) sind rechtm~ifiig dazu befugt, den Namen zu ffthren, so auch die schon l~inger auf dem Markt beflndli-

densein von tiberlagerten Mikro- und Nanostrukturen

sendes Giltesiegel vorgestellt, das fiir Textilien mit

chen Dachziegel. Diese wurden bei der Markteinftihrung entsprechend beschichtet, zwischenzeitlich allerdings auf photokatalytisch selbstreinigend umgertistet

selbstreinigender Wirkung nach dem Vorbild der Natur

und auch mit nut leichter Ver~inderung umbenannt.

Holz kann mit einer extrem wasserabweisenden selbstreinigenden Oberfl~che ausgestattet werden. Durch die Erzeugung von Nanostrukturen, ~hnlich denen einer Lotuspflanze, auf der Oberfl~che wird die Kontaktfl~che zwischen Holz und Wasser minimiert und die Adh~isionskraft verringert. Wasser perlt ab, statt einzudringen. Von einer superhydrophoben Blattoberfl~iche abperlende Wassertropfen nehmen auflagernden Schmutz auf und entfernen ihn: am Beispiel dieses Tropfens auf der alten asiatischen Kulturpflanze Colocasia esculenta deutlich zu sehen. Deutlich erkennbar ist auch die feine Noppenstruktur der Blatthaut.

Daneben gibt es Produkte auf dem Markt, die gezielt

wird aber in absehbarer Zeit erwartet. BASF hat das

mit Illustrationen von Lotusbliiten etc. werben, um

Produkt Mincor entwickelt, for das bei Redaktions-

entsprechende Assoziationen zu wecken. Oft handelt

schluss noch kein Lizenznehmer existierte.

es sich dabei aber statt des Lotus-Effects um ,,Easy-to-

In jedem Fall kann man zusammenfassen, dass in Berei-

clean"-Oberfl~ichen, was unter anderem sicher for die

chen ohne mechanische Beanspruchung sich der Reini-

anfangs erw~ihnte Verwechslung sorgt.

gungsaufwand deutlich reduzieren l~isst bzw. Fl~ichen in

Ein Coup des Forscherteams um Wilhelm Barthlott ist

der Gegenwart von Wasser einfach sauber bleiben. Der

ein neu entwickelter Stoff, der bis zu vier Tage unter

Nutzen liegt auf der Hand: ein gepflegtes Erscheinungs-

Wasser trocken bleibt. Selbstreinigung per Lotusprinzip

bild bei deutlich reduziertem Pflegeaufwand.

unter Wasser ist dagegen ausgeschlossen. Bisher ist noch kein Stoff mit Lotus-Effect auf dem Markt, dies

Wassertropfen auf einem Polyestergewebe. Dieses Textil ist mit einem zu mehr als 80% nanoporOsem Belag bedeckt. Selbst unter dem Mikroskop sieht dieses mit Mincor TX TT ausger~istete Polyestergewebe noch unver~indert gegen~iber herk6mmlichem Gewebe aus. In der Grafik wird der Unterschied zwischen herk6mmlicher Oberfliiche und Lotus-Effect deutlich.

Selbstreinigend: Lotus-Effect-62 163

M u s e u m der Ara Pacis Rom, Italien

ARCHITEKTUR

Richard Meier & Partners, New York, NY, USA

BAUHERR

Comune di Roma

PRODUKT

Lotusan, selbstreinigende Farbe (Lotus-Effect)

FIRMA EROFFNUNG

Sto 2006

Das Museum der Ara Pacis bildet nach zehn Jahren

weiteren Bereich mit tempor~irer Ausstellungsfl~iche,

Bauzeit den politisch umstrittenen Rahmen fiir ein ar-

Bibliothek und Biiros. Das Monument der ,,Pax Augusta"

ch~iologisches Highlight Roms. Der Friedensaltar des

(August~iischer Friede) ist nun in seinem transparenten

antiken r6mischen Kaisers Augustus, tier vom Impera-

verglasten Geb~iudeteil vor sch~idigenden Umweltein-

tot selbst eingeweiht worden war, die Ara Pacis Augus-

fliissen geschfltzt. Die anderen Teile des Geb~iudes sind

tae, bekam eine Hiille, die sowohl die konservatorischen

einerseits von den fflr die R6mische Antike typischen

als auch ~isthetischen Defizite des Pavilions von 1938,

grogen Steinbl6cken aus Travertin und andererseits

in dem das Monument vorher zu sehen war, ausgleicht.

den fiir Meier typischen weigen Oberfl~ichen gekenn-

Entstanden ist ein dreiteiliger Geb~iudekomplex am

zeichnet. Bei diesen Oberfl~ichen setzt die unsichtbar in

Ufer des Tiber, der sich st~idtebaulich in das historische

die Farbe integrierte selbstreinigende Funktion ein, die

Zentrum Roms integriert und Antike und Moderne ver-

das Weig dauerhaft erhalten soll. Schutzlos der Auto-

bindet. Das Ensemble besteht aus einer Eingangsgalefie mit vorgeschaltetem Platz, dem Herzstiick mit Ex-

stadt ausgeliefert, h~itte es sonst keine Chance, lange als Weig w a h r g e n o m m e n zu werden.

ponat, Konferenzr~tumen und Restaurant sowie einem

Selbstreinigend: Lotus-Effect. 64165

Gesch~iftsgeb~iude Pula, Kroatien

ARCHITEKTUR INTERIOR DESIGN

Rusan arhitectura, Andrija Rusan, Pula, Kroatien Dean Skira

BAUHERR

Lumenart d.o.o.

PRODUKT

Lotusan, selbstreinigende Farbe (Lotus-Effect)

FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

Sto 2006 745 qm BGF

Das Gesch~iftsgeb~iude eines Lichtplanungsbflros sticht

der Entfernung wie ein gigantischer Kristall oder auch

deutlich aus seinem Umfeld hervor. Der extravagante,

Licht. Es erinnert z u d e m an die typische m e d i t e r r a n e

skulptural geformte, monolithisch a n m u t e n d e Kubus

Architektur weiger D6rfer. Nachts wird aus dem clea-

ist einfach aber nicht simpel. Aus dem massiven Bau-

nen weigen Kubus mit subtilem natflr]ichen Lichtspiel

k6rper h e r a u s g e s c h n i t t e n scheinen die Fenster, w~ih-

ein farbi Z illuminierter Eyecatcher.

rend die Mauerst~irke und das Vordach, einer Zugbrfl-

Das pure Weig wird durch eine Lotus-Effect-Fassaden-

cke ~ihnlich, an eine Festung erinnern.

farbe vor Verschmutzung geschiltzt. Schmutz petit auf

Intensives reines Weig dominiert innen wie a u g e n als

der r a u e n Fl~iche bei Benetzung mit dem Wasser zu-

einzige Farbe die Oberfl~ichen. Als Background fflr

s a m m e n ab. Die Funktion ist ohne Neuanstrich voraus-

Showroom, Projektionen und Lichtdesign e n t s t e h t eine

sichtlich auch noch nach fflnf Jahren vorhanden.

helle Innenarchitektur. Augen wirkt das pure Weig aus

Wohnhaus Aggstall, Deutschland

ARCHITEKTUR

Hild und K Architekten 9Andreas Hild, Dionys Ottl, Mtinchen, Deutschland

BAUHERR

Barbara Gross, Dr. Bertold Schwarz

PRODUKT

Lotusan, selbstreinigende Farbe (Lotus-Effect)

FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

An Stelle eines h e r u n t e r g e k o m m e n e n Anwesens wurde ein neues W o h n h a u s errichtet, das sich in FirsthShe und Breite am alten Haus zu orientieren hatte. Der Ent-

zur Bauzeit Ispo, heute Sto 2000

ca. 300 qm

liche Zuf~lligkeiten, die auf traditionell verputztem Mauerwerk entstehen. Sie spielt mit Lichtreflektionen und ist mit einer Putzschl~mme versehen, auf deren

wurf mit a s y m m e t r i s c h e m Giebeldach und einseitigem

Oberfl~iche mit Hilfe der eingesetzten Farbe der selbst-

Dachtiberstand l e h n t sich an die Typologie regionaler

reinigende Lotus-Effect zum Tragen komrnt. Typisch fiir

H~iuser an. Auch die Massivbauweise aus Ziegeln, ge-

die Region sind weit auskragende Dach~iberstande, welche f~ir die selbstreinigende Funktion des LotusEffects etwas problematisch w~ren, da schwerlich Regen darunterauftrifft;daraufwurdehierverzichtet, so dass die selbstreinigende Funktion ihre Wirkung tun kann.

brauchten naturbelassenen Dachziegeln, Innenraumoberfl~chen mit Putz und last but not least die beeindruckende Fassade mit der grafischen Ziegel-Ornamentik spiegeln eine solide handwerkliche Tradition wider. Die Fassadenoberfl~che geometrisiert handwerk-

Selbstreinigend: Lotus-Effect. 68169

Wohnhaus Strucksbarg Hamburg, Deutschland

ARCHITEKTUR BAUHERR

Renner Hainke Wirth Architekten, Hamburg, Deutschland Grundstiicksgemeinschaft Martens per Schumann Immobilien KG

PRODUKT FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

Lotusan, selbstreinigende Farbe (Lotus-Effect) Sto 2007 3 685 qm Fassadenfl~iche

Wie schon bei frtlheren Projekten verwendeten die

glas gegen transparentes Klarglas ausgetauscht, B~i-

Architekten auch bei dieser Fassadensanierung der

der erhielten Fenster, Balkonb6den wurden farbig be-

70er-Jahre-Bauten selbstreinigende Fassadenfarbe. Der

schichtet.

Geb~iudekomplex besteht aus einem Hochhaus und mehreren Terrassenh~iusern. Die neue Fassade zeichnet sich durch ein W D V S (W~irmed~immverbundsystern) aus, auf das durchgef~irbterPutz in Hellbeige oder Rot aufgebracht wurde. Fensternischen wurden betont, Hauseing~inge individuellumgestaltet, Drahtornament-

Dominantist die differenzierteFarbgebung der Fassade. W a r m e Farben zwischen Gelb und Rot verleihen dem Ganzen einen angenehmen und stimmigen Charakter. Hinsichtlichder Funktion tier Oberfl~iche ist der Hamburger Standort perfekt- a m notwendigen Regen filr die Selbstreinigung mangelt es dort nicht.

Selbstreinigend: Lotus-Effect. 70 I 71

Selbstreinigend: Photokatalyse PHOTOKATALYSE

Hydrophile Oberfl~iche. Auflagernder Schmutz wird zersetzt und liegt lose auf. Wasserfilm w~ischt alles ab. UV-Licht und Wasser sind erforderlich. Unterhaltsaufwand wird reduziert.

Photokatalytische Selbstreinigung ist wahrscheinlich

Auf{erdem erfordert die Reinigung weniger Personal-

die bisher im Bauwesen am weitesten verbreitete Na-

einsatz, was gleichermaf[en Kosteneinsparung im Un-

nofunktion, bei der Japan als weltweit fflhrend gilt. International existieren zahlreiche Geb~iude aller Gr6f{enordnungen, die mit dieser Funktion ausgestattet

terhalt bedeutet. Weiterhin wird die Reinigung vereinfacht, weil aufliegender Schmutz nurlose anhaftet und

sind. Der entscheidende Vorgang ist, dass die Adh~ision von Schmutz auf Oberfl~ichen stark verringert wird.

sich leicht entfernen l~isst. Pauschal betrachtet, stellt die photokatalytisehe Selbstreinigung eine ~iuiZerst pflegeleichte Angelegenheit dar.

Hinsichtlich der Erwartungshaltung der Nutzer ist von

Ein weiterer Vorteil ist, dass beispielsweise bei Geb~iu-

grof[er Relevanz, dass ,,selbstreinigend" in diesem Zu-

deverglasungen und Membranen die Lichttransmission nichtdurch die QblicheVerschmutzunggemindertwird, so dass das Tageslicht ungehindert einfa]]en kann. Energiekosten fflr Be]euchtung werden tagsflber entsprechend gesenkt. U m die gewflnschte Funkdon in Gang zu bringen, istdie Anwesenheit von UV-Licht, Sauerstoff und Luftfeuchtigkeiterforderlich,lmTageslichtvorhandenesUV-Licht

sammenhang keineswegs, wie oft angenommen, bedeutet, dass niemals gereinigt werden mflsste. Die Reinigungsinterva]le sind a]]erdings deutlich vergr6f{ert, was besonders fflr das Facility Management von Geb~iuden interessant ist.Der Gebrauch von Reinigungsmitte]n wird reduziert, resu]tierend in einer geringeren Umweltbelastung a]s auch Materialbeanspruchung.

OI und Fett 16sen sich yon der oleophoben Oberfl~iche. Vorher-nachher: Bei konventionellen Fliesen bilden sich beim Kontakt mit Wasser gew6hnlich Tropfen, die antrocknen und Schmutz zurCicklassen. Die hydrophile Oberfl~iche photokatalytisch wirksamer Fliesen bleibt durch den ablaufenden Wasser~lm, der lose aufliegenden Schmutz mit sich nimmt, sauber.

Selbstreinigend: Photokatalyse. 72173

Die wesentlichen Funktionsschritte: Organischer Schmutz wird gel6st und .zerbr6selt" Bisher ist UV-Licht, wie hier von der Sonne, n6tig, um die Photokatalyse in Gang zu bringen. Wasser trifft auf und spoilt als Film den gel6sten Schmutz ab. Resultat: eine saubere Oberfl~che.

aktiviert die photokatalytische Reaktion. Aufliegender

Toshiyo Watanabe eingehend erforscht und weiterent-

organischer Schmutz wird daraufhin mit Hilfe eines

wickelt, unter anderem der Ablauf bei sichtbarem Licht.

Katalysators- meistens Titandioxid (TiO2, davon wiede-

Neben dem Katalysator ist als weitere Komponente UV-

rum das besonders reaktionsfreudige Anatas) - zersetzt.

Licht mit einer Wellenliinge von weniger als 390nm ftir

TiO2 wirkt dabei in seiner Nanoskaligkeit als hoch reak-

die Reaktion unverzichtbar, wobei dessen Intensit~it

tiver Katalysator, der den Ablauf der Reaktion stark be-

eine wesentliche Rolle spielt. Deswegen gilt der Einsatz

schleunigt und sich selbst nicht verbraucht, so dass die

im Auf[enraum im Vergleich zu Anwendungen im In-

Wirkung dauerhaft anh~ilt. Seit seiner Entdeckung im

nenraum allgemein als effektiver. Priidestiniert ist die

]ahr 1908 wird TiO2, auch unter der Bezeichnun Z ,,Titan-

Methode z.B. an der Fassade von Gebiiuden.

weir{" bekannt, in allen m6glichen Produkten vom

Erst sp~it wurden die hydrophilen Eigenschaften von

Waschmittel bis zur Salamihaut benutzt - der Wohl-

7IO 2 entdeckt. Die Oberfliiche verh~ilt sich aufgrund ih-

stand einer Gesellschaft l~isst sich am Verbrauch der TiO2-Menge ablesen. Bei der nanoskaligenVariante tritt jedoch Transparenz an die Stelle von Weif~. Die Selbstreinigung per Photokatalyse hat ihren Ur-

rer erh6hten Oberfl~ichenenergie hydrophil (wasseranziehend), weswegen auftreffendes Wasser auf einer geneigten Fl~iche nicht in Tropfen sondern als Wasserfilm abl~iuft. Im Vergleich zur Lotus-Effect-Oberfliiche

sprun Z in Japan. Bereits 1967 wurden dort die photoka-

ist diese Beschichtung transparent und l~isst sich un-

talytischen M6glichkeiten von Titandioxid von Akira

sichtbar auf Glas auforingen. In der bisherigen Praxis

Fujishima (University ofTokyo)entdeckt. In Zusammen-

werden h~iufig Fassadenelemente aus Glas und Kera-

arbeit mit seinem damaligen Professor entstand ein

mik oder auch Membranen mit einer photokatalyti-

diesbeztlglicher Bericht und das Ph~inomen wurde als

schen Oberfliiche ausger~istet. Dabei empfiehlt es sich

,,Honda-Fujishima Effect" bekannt. Selbstverstiindlich

Dach~lberst~inde zu beachten, die Regen bzw. Tauwas-

ist das erste selbstreinigende Haus das yon Fujishima

ser abhalten, da ohne Anwesenheit von Wasser die

pers6nlich.

Selbstreinigung nicht funktionieren kann. Um die

Das Japanische Fliesen-Unternehmen Toto Ltd. entwi-

Funktionalit~it der Oberfliiche zu erhalten, ist es bei

ckelte in der Folge gemeinsam mit der Universit~it To- Verglasungen zwingend n6tig auf die Verwendung von kio photokatalytische Fliesen, die 1994 auf den Markt

Silikondichtungen zu verzichten, da deren (Dle tiber das

kamen und bis heute erfolgreich vermarktet werden.

Glas kriechen, sich mit der hydrophilen Ausrtistung der

Lizenznehmer existieren in verschiedenen Liindern. An

Glasoberfliiche nicht vertragen und im Gegenteil einen

der RCAST Universit~it, Tokio, wird die Photokatalyse von

hydrophobierenden Effekt haben. Es kommt zur Zerst6-

den beiden Wissenschaftlern Kazuhito Hashimoto und

rung der Funktion und auch zu unangenehmer Schlie-

TiO 2- und PVC-beschichtete weiBe Membranen im Au6enbewitterungs-Vergleich. Der Unterschied ist klar: nach fiJnf Monaten ist erstere immer noch weil3, die letztere grau und unansehnlich.

renbildung. Vorsicht ist also bei hydrophilen Verglasun- Auch im Straf~enbau ist die transparente Beschichtung gen in Verbindung mit Silikon geboten. Statt dessen ist beispielsweise filr L~irmschutzplatten interessant. Fliedie Anwendung silikonfreier Dichtungen erforderlich. sen werden mit dauerhaft eingebrannter Beschichtung Dariiber hinaus darf es keinen Kontakt mit jedweden sowohl fiir den Auf~en- als auch Innenbereich vertriefilmbildenden Pflegemitteln (z.B. for Glanz) geben. ben. Beton als weiterer wichtiger Baustoff for Fassaden Der Produktionseinsatz bei Glas lohnt sich nut in der kann ebenfalls mit einer selbstreinigenclen Oberfl~iche Masse, weil bisher tiblicherweise das Verfahren der Va- versehen werden. kuumbeschichtung (Chemical Vapor Deposition, CVD) Photokatalytisches Glas ist mit allen g~ingigen Funktierforderlich ist, bei dem die Beschichtung als ultradiinner Film aufgedampft wird. Nachtr~iglich ist die Beschichtung nicht m6glich. Der Einsatz lohnt sich dann nicht nur beim Bau grof~er Geb~iude, sondern auch bei kleinen Projekten, wie beispielsweise Winterg~irten.

Selbstreinigend: Photokatalyse. 741 75

onen wie beispielweise Sonnenschutzglas kombinierbar. Der Markt filr selbstreinigende Schichten w~ichst derzeit besonders stark in Japan, w o e s h~iufig bereits als Standardausftihrung zum Einsatz derartiger Fassaden kommt. Die auf dem Markt verftigbaren Anwen-

Auftreffendes Wasser unterspCilt den Schmutz.

dungen photokatalytischer Produkte sind generell sehr vielf~iltig, von Fenstern fiber den Staubsauger hin zu Ktihlschrankdeos. Auf[er der Selbstreinigung k6nnen dartiber hinaus per Photokatalyse sowohl luftreinigende, wasserreinigende als auch anti-mikrobielle Eigenschaften erzielt werden.

schichtung Wasser hat Eigenschaft verwandelt.

versehen und permanent bew~issert. Das sich dabei entsprechend der hydrophilen der Oberfl~iche sofort in einen Wasserfilm Uber die daraus resultierende schnelle Ver-

dunstung, die W~irme absorbiert, wurde die Umge-

bungstemperatur des Innenraums merklich gesenkt. Eine interessante und als experimenteller Prototyp re- Man geht davon aus, dass die Photokatalyse im Veralisierte Anwendung ist die Nutzung des Ktihleffekts gleich 10-20% weniger Energie als herk6mmliche Klidurch die Verdunstung von Wasser. Die Canvas- und maanlagen verbraucht. Traditionell wird dieser Effekt Stahlbedachung und die Fenstergl~iser eines Messepa- in Japan erzielt, indem Wasser fiber den Boden gesprenvillons (Japan, Expo 2005 in Aichi auf dem Areal Na- kelt wird - an dieser Stelle treffen sich Tradition und gakute) wurden mit einer photokatalytischen TiO2-Be- High Tech in perfekter Symbiose.

Diese bereits lange am Markt erh~iltlichen Dachziegel reinigen sich mit Hilfe von Photokatalyse selbst.

Selbstreinigend: Photokatalyse. 76177

M u h a m m a d All Center MAC Louisville, Kentucky, USA ARCHITEKTUR

Beyer Blinder Belle Architects & Planners LLP, zusammen mit Lee H. Skolnick Architecture + Design Partnership, New York, NY, USA

FASSADENDESIGN

2x4 Inc., Glen Cummings, New York, NY, USA

BAUHERR

Lonnie and Muhammad Ali, Founders Ina Brown Bond

PRODUKT

Hydrotect Keramikfliesen, photokatalytisch selbstreinigend

FIRMA

Agrob Buchtal Architekturkeramik, Dr. Steinzeug America

FERTIGSTELLUNG

2005

FLACHE

ca. 9 000 qm

FASSADE

ca. 1500 qm

In der Heimatstadt von Boxlegende M u h a m m a d Ali

sen und das Konterfei M u h a m m a d Alis. Aus der N~ihe

,,The Greatest" wurde sein Lebenstraum gebaute Reali-

16st sich das Figurale in der Fassadenansicht pixel~ihn-

t~it: eine internationale Begegnungsst~itte filr Menschen,

lich in ein abstraktes Muster aufi Um ein dauerhaft

die diesen hilft, individuelle Talente zu entwickeln und

gepflegtes Erscheinungsbild zu erhalten und die Rei-

respektvoll miteinander umzugehen. Das MAC ist da-

nigungskosten im Unterhalt zu reduzieren, wurden

mit m e h r als ein M u h a m m a d Ali-Museum, sondern

Fliesen mit einer photokatalytisch selbstreinigenden

fungiert als Ort filr Seminare, Vortr~ige, Filme, Ausstel-

Oberfl~iche ausgew~ihlt. Die Selbstreinigungsfunktion

lungen, Symposien usw. In exponierter Lage am Ohio

bleibt dauerhaft erhalten, well die Oberfl~ichenverede-

River entstand ein markantes Geb~iude, das insbeson-

lung in die Glasur eingebrannt ist. Daneben wirkt die

dere durch seine Fassade besticht. Keramikfliesen im

Oberfl~iche luftreinigend und reduziert damit den Ge-

Rastermal% 30x60cm wurden mit verschiedenen genau

halt an Umweltschadstoffen durch Abgase und Indus-

definierten Glasuren gefertigt und raffiniert auf der Fas-

trie in der Umgebungsluft des MAC. Untersuchungen

sade angeordnet. Aus der Entfernung erscheinen wie in

zufolge reinigen 1000qm Fassadenfl~iche die Luft so

einem ilberdimensionierten Mosaik typische Boxerpo-

wirkungsvoll wie 70 mittelgrof[e Laubb~iume.

Selbstreinigend Photokatalyse. 78179

Hyatt Regency Garden Chapel Osaka, Japan

ARCHITEKTUR

Obayashi Corporation,Japan

BAUHERR

Hyatt Regency Osaka

PRODUKT

Stoff Sky Clear Coat / TiO 2 photokatalytisch selbstreinigende Membran Taiyo Kogyo Corporation 2001

FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

50qm

Im weitl~iufigen Dachgarten des Hotels steht diese fflr gepflegten und sauberen Eindruck macht. Die klassichristliche Trauungszeremonien genutzte Hochzeits-

sche Farbe einer christlichen Hochzeit ist Weiffi - das

kapelle. Das reine WeiIZ der M e m b r a n erzeugt tagsflber WeiI~ der M e m b r a n ware nicht yon Dauer, wenn die in Kombination mit d e m umgebenden Grfln der ge-

Oberfl~iche ohne die hier eingeplante photokatalytisch

pflegten Rasenfl~iche einen frischen Kontrast, wogegen in der Nacht eine hell leuchtende Skulptur erwacht.

selbstreinigende Oberfl~che a u s k o m m e n mflsste, es sei denn, die M e m b r a n wflrde vergleichsweise h~ufig gerei-

Insbesondere for die Nutzung als Hochzeitskapelle ist es von essentie]]er Bedeutung, dass diese immer einen

nigt oder gar ausgetauscht.

Narita International Airport of Tokyo, Terminal 1 Chiba, Japan

ARCHITEKTUR

Nikken Sekkei Ltd., Japan

BAUHERR

Narita International Airport Corporation

PRODUKT

Ever Fine Coat / TiO2 photokatalytisch selbstreinigende Membran

FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

Der internationale Flughafen in Tokio, Narita, wurde im

Taiyo Kogyo Corporation 2006

6250qm

]ahr 2006 renoviert. Dabei wurden grof~e Bereiche mit

von Tokio mit hoher Luftverschmutzun Z sind entsprechende Markisen bereits tiber ]ahre eingesetzt worden

textilen Oberdachungen versehen. Membranen bieten

und heute erheblich sauberer als die Vergleichsmarki-

Witterungsschutz und damit Komfort ftir die Passagie-

sen ohne photokatalytisch selbstreinigende Funktion.

re. Der Unterhalt und die Reinigun Z sind minimal, da die Oberfl~iche tiber eine photokatalytisch selbstreinigende Funktion verfflgt. Im innerst~idtischen Bereich

G~ingigeOberfl~ichenschutzlackierungenoder Glas/PTFE bzw. ETFE-Material sind zwar auch selbstreinigend, setzen abet dennoch Schmutz an.

AKT - Am

Kaiser's Turm

Heilbronn, Deutschland

ARCHITEKTUR

BAUHERR

Tengelmann Warenhandelsgesellschaft

PRODUKT

Pilkington Activ, photokatalytisch selbstreinigendes Glas Pilkington Deutschland AG / Pilkington Group 2006

FIRMA FERTIGSTELLUNG GESAMTFLACHE

Das Industriedenkmal am Neckar wurde im

mtiller.architekten, Matthias Milller, Heilbronn, Deutschland

ca. 13 000 qm

Zuge sei- grandiose Aussicht Liberdie Stadt und die umliegenden

ner Sanierung reaktiviert und um das Dreifache der

Weinberge. Damit sie ungetr~ibtgenossen werden kann,

Grundfl~iche erweitert. Der 30m hohe Siloturm mit der

ohne die Reinigungskosten zu strapazieren, wurde Glas

Leuchtreklame des Bauherrn gilt als Wahrzeichen des

mit einer photokatalytisch selbstreinigenden Oberfl~iche eingesetzt. Hier wird deutlich, wie ein historisches Denkmal von nanotechnologischen High-Tech-Oberfl~ichen profitieren kann.

Heilbronner Industriegebiets. Die geradlinige BauhausArchitektur des Backsteingeb~iudes wurde um einen Glaskubus erg~inzt, der eine Bar mit Lounge beinhaltet. Dutch die groGziigige Verglasung er6ffnct ~ich ~in~

east Hotel Hamburg, St. Pauli, D e u t s c h l a n d

ARCHITEKTUR BAUHERR PRODUKT FIRMA FERTIGSTELLUNG

Jordan Mozer & Associates Ltd., Chicago, IL, USA east Hotel und Restaurant GrnbH Pilkington Activ, photokatalytisch selbstreinigendes Glas Pilkington Deutschland AG /Pilkington Group 2005

F~ir ein Hotel spie]t das permanent gepflezte Erschei- IZeneinzesetzt. Insbesondere diese Bereiche fallen in so nungsbi]d grunds[tz]ich eine besondere Ro]]e, urn so

manchem

mehr, w e n n es sich wie hier u m ein preisgekr6ntes De-

her]~uft oder im Wintergarten darunter sitzt u m

sign-Hotel hande]t. Die se]bstreinigende Funktion des

fr~hstiicken.Eine verg]aste Decke mit Voge]kot und an-

G]ases wurde bei der Oberkopf-Verg]asun Z von Dach

derem Schmutz m a Z dann nicht so wirk]ich z u m fri-

und Laubengang, also schwer zug~ng]ichen Ste]]en au-

schen Croissant passen.

Selbstreinigend: Photokatalyse. 82 183

Hotel u n a n g e n e h m auf, w e n n m a n darunter zu

G-Flat Tokio, Japan

ARCHITEKTUR PRODUKT

FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

Koh Kitayama + architecture Workshop, Tokio, Japan Sagan Coat, photokatalytisch selbstreinigende Beschichtung SYK Corporation Inc. 2006 2636qm

Strukturgebende Wandscheiben stehen im Zentrum muss genauso wie ihr gepflegtes Erscheinungsbild geeines jeden dieser Wohnblocks, die komplett verglast wahrt werden. Eine photokatalytisch selbstreinigende sind. Privatheitund Klima der Innenr~ume sind wegen Glasbeschichtung erfiilltdurch ihre Nanoskaligkeit beider Komplettverglasung durch individuell einstellbare de Anforderungen. Fittings regulierbar. Die Transparenz solcher Geb~ude

Wohnhaus Kurakuen Nishinomya-City,

Hyogo, Japan

ARCHITEKTUR BAUHERR PRODUKT FIRMA FERTIGSTELLUNG

Dieses Architekturbiiro stattet die meisten seiner Pro-

Casa Akira Sakamoto Architect & Associates, Osaka, Japan Privat Hydrotect, photokatalytisch selbstreinigende Farbe Toto Ltd. 2005

Fl~ichen lebt. Sichtbeziige zwischen Innen und Auf~en

jekte seit 2002 mit selbstreinigenden photokatalyti-

schaffen wechselnde Lichtsituationen, die subtil die

schen Farben aus, so auch die hier dargestellten Wohn-

Oberfl~ichen in ver~inderte Atmosph~iren tauchen: die

h~iuser. Beide zeichnen sich durch einen Minimalismus

Sonne, die durch einen Spalt zwischen den Wolken her-

aus, der yon klaren Formen und schlichten reinweif~en

vorschaut, der Wind der die Wolken hinwegfegt, ein

Wohnhaus Osaka, Japan

Senri N e w T o w n

ARCHITEKTUR

Privat

PRODUKT

Hydrotect, photokatalytisch selbstreinigende Farbe

FIRMA FERTIGSTELLUNG

Vogel, der den Himmel kreuzt ... Eine derartige Asthetik ben6tigt perfekte Oberfl~ichen, die nicht durch auflagernden Schmutz verunstaltet sind. Die photokata]ytisch selbstreinigende Aufienfarbe wirkt hier als nLltzliche und konkret untersttitzende Magnahme.

Selbstreinigend: Photokatalyse 986187

Casa Akira Sakamoto Architect & Associates, Osaka, Japan

BAUHERR

Toto Ltd. 2006

House in Creek Hiroshima, Japan

ARCHITEKTUR

Keisuke Maeda/UID Architect & Associates, Hiroshima, Japan

BAUHERR PRODUKT FIRMA FERTIGSTELLUNG FL~,CHE

Mit minimalen Ausgaben wurde von einem ]ungen ]apanischen Architekten ein Haus ftlreine Familie mit drei Kindern geschaffen. Der reduzierte Materialeinsatz lebt durch einen kraftvollen Dialog zwischen Beton, Stahl und Holz mit seiner Umgebung. Eine funktionale Fassadenfarbe wirkt auf den Auf{enw~inden des Geb~iudes der Verschmutzung entgegen. Selbstreinigung durch Photokatalyse ist ftlrdiese exponierte Lage a m Meer, wo Wasser und Licht zusammentreffen, ideal, sind diese beiden Komponenten doch wesentlich filr die Funktion der Beschichtung.

Privat Hydrotect coat, photokatalytisch selbstreinigende Farbe Toto Ltd. 2006

111qm

Behindertengerechte Alterswohnungen Frick, Schweiz

ARCHITEKTUR

Walker Architekten AG, Brugg, Schweiz

BAUHERR

Verein ftlr Altersbetreuun Z im Oberen Fricktal (VAOF)

PRODUKT

Frick AG Pilkington Insulight Active, photokatalytisch selbstreinigendes Sonnenschutzglas

FIRMA FERTIGSTELLUNG FL~CHE

BeidiesenAlterswohnungenwurdederWettbewerbsentwurf umgesetzt, welcher sowohl wegen der optimalen Grundrissorganisation als auch dem sparsamen Umgang mit der GrundstOcksfl~iche ausgew~ihlt wurde. Das Geb~iude umfasst 28 Wohnungen und grenzt an einen zugeh6rigen Park an. Eine direkt angrenzende Erschlief~ungszone verfiigt tiber eine grof{ztigige Fensterfront, deren Transparenz und Offenheit den Bezug zum Park herstellt. Die Verglasung besteht aus 81 vorfabrizierten Elementen, einer Holz-Metall-Konstruktion mit einem grogen Tell Festverglasung und einem kleinen Ltiftungs-

Selbstreinigend:Photokatalyse-88189

Pilkington Glas Wikon, $chweiz 2004 4 585 qm

flCigel. Rund die H~ilfte der Fenster verftigt tiber eine

Elektrosteuerung, die die nattlrliche Ltiftung reguliert. Die Glasfront, deren innere Gl~iser aus VSG bestehen, integriert auf der Auf~enseite nicht nur Sonnenschutzg]as sondern gleichzeitig auch die F~higkeit des G]ases zur Se]bstreinigunZ per Photokata]yse. Die Reinigung der Fensterfront erfordert immer den Einsatz von Skyworkern. Durch deudich vergr6f~erte Reinigungsintervalle der funktionalen Beschichtung ist deren Einsatz nur relativ selten n6tig, weshalb die Betriebskosten in der Unterhaltung des Geb~iudes reduziert werden.

F u s s b a l l s t a d i o n MSV A r e n a Duisbur Z, Deutschland

ARCHITEKTUR

ante.plan, Burkhard Grimm, Michael Stehle, Dortmund, Deutschland

BAUHERR PRODUKT FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

MSV Duisbur Z Pilkington Activ, photokatalytisch selbstreinigendes Glas Pilkington Deutschland AG / Pilkington Group 2004 18 000 qm Verkehrsfl~iche

Mitten im ,,Ruhrpott" als reines Fuf[ballstadion konzi-

Ftir die repr~isentative, 120m breite Konstruktion der

piert, wurde in etwas tiber einem JaM Bauzeit die neue

Glas-Aluminium-Fassade wurden 1500qm Glas ben6-

MSV-Arena ftir tiber 30000 Zuschauer gebaut. Unter

tigt. Mit Hilfe photokatalytisch selbstreinigenden Gla-

anderem wurden dabei 15 000 Kubikmeter Beton, 3 500

ses wurden die Reinigungszyklen erheblich vergr6f{ert.

Tonnen Betonstahl, rund 30 Stahlpylone verbaut, last

Neben seiner selbstreinigenden Funktion bietet das

but not least ca. 7 500 qm Rollrasen (selbstverst~indlich

hier integrierte Glas darilber hinaus auch kombinierten Sonnen- und Schallschutz.

beheizt) verlegt und ein etwa 40qm grof[er Screen installiert.

Kinderspielplatz im Mannou National Government Park Kagawa, Japan

ARCHITEKTUR BAUHERR PRODUKT FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

Urban Design Consultant Inc., Japan Ministry of Land, Infrastructure and Transport Ever Fine Coat, photokatalytisch selbstreinigende Membran Taiyo Kogyo Corporation 2004 700 qm

Mitten in einem Park gelegen befindet sich ein Kinder-

dern Schutz vor sch~idigenden UV-Strahlen. Durch die

spielplatz, der in einem Teilbereich mit Sonnenschutz

photokatalytisch selbstreinigende Beschichtung konn-

ausgestattet ist. Die kreisrunde Membrantiberspan-

te hier problemlos eine helle Farbe eingesetzt werden.

nung n i m m t formal die darunterliegende Kreisform

Das ftir die Photokatalyse n6tige UV-Licht der Sonne

auf und bildet dadurch einen tiberdachten Innenraum.

gen~igt der Funktion auch bei schlechtem Wetter, so

Die weif[e Membran spendet dort nicht nur Schatten,

dass Regen den nur noch locker aufliegenden Schmutz

sondern bietet auch den besonders empfindlichen Kin-

abwaschen kann.

Selbstreinigend: Photokatalyse. 90 [91

Leicht zu reinigen: Easy-t o-clean (ETC) EASY-TO-CLEAN

Glatte Oberfl~iche mit herabgesetzter Anziehungskraft. Abperleffekt, keine Lotusoberfl~iche.

Bei sogenannten Easy-to-clean (ETC) - Oberfliichen

Wesentlicher Unterschied ist, dass UV-Licht ftir die

perltWasser ab. Deswegen wird diese Funktion allzu oft

ETC-Funktion unn6ti g i s t und dartiber hinaus bei der

mit anderen selbstreinigenden Funktionen, insbeson-

beschriebenen Hydrophobie - dem Gegenteil von Hy-

dere dem Lotus-Effect, verwechselt. Im Gegenteil zu

drophilie- Wasser abgestof[en wird, sich also kein Was-

Letzterem ist diese Oberfl~iche glatt statt rau. Sie besitzt

serfilm sondern im Gegensatz Wassertropfen bilden.

eine herabgesetzte Oberfliichenenergie und dadurch

Manchmal werden auch einfach besonders glatte Ober-

reduzierte Anziehungskraft, was in einer verminderten

fliichen f~ilschlicherweise als ,,Easy-to-clean"-Oberfl~i-

Adh~isionskraft resultiert. Diese sorgt dafiir, dass Was-

che bezeichnet. Und auch mit Teflon hat die ETC-Ober-

ser abgestolZen wird, sich zu Kugeln zusammenzieht

fl~iche nichts zu tun: Teflon (PTFE) besitzt eine in alle

und es zum bertihmten Abperleffekt kommt: Es han-

Richtungen wirkende Antihaft-Eigenschaft, und die

delt sich dabei also grunds~itzlich um hydrophobe, das

Graphit-Ftlllstoffe machen PTFE dunkel und alles an-

heif[t wasserabweisende und - sinnvoll im Bad - meist auch oleophobe, das heif[t 61abweisende Oberfliichen.

dere als transparent. Das auftreffende Wasser l~iuft bei geneigten ETC-FI~i-

ETC-Oberfliichen werden nicht nur h~iufig mit dem Lotus-Effect, sondern ebenso mit photokatalytisch

chen in Perlen ab und nimmt auflagernden Schmutz gleichzeitig mit. Diese Funktion ist bisher verst~irkt auf

wirksamen selbstreinigenden Oberfl~ichen verwechselt.

Keramik in der Sanit~irbranche und bei der Verglasung

,,Marmor von der Rolle" - stol~fest, schwer entflammbar, diffusionsoffen und trotzdem wasserabweisend ETC - bestehend aus vier Lagen: 1 ein fiexibles Polymervlies bildet die Basis 2 keramisches, farbiges Material wird aufgebracht 3 optionale Bedruckung 4 keramisierter Topcoat

Keramik-Oberfl~ichenvergleich - links ohne, rechts mit ETC-Beschichtung. Der einer Tapete ~ihnliche, flexible ETC-Keramik-Wandbelag h~ilt starker Wasserbelastung wie in der Dusche stand. Verantwortlich daf~ir ist die stark wasserabweisende Oberfl~iche.

Leicht zu reinigen: Easy-to-clean (ETC) 992 I 93

Oberfl~ichen im Vergleich. Hier wird die unterschiedliche Benetzung der Oberfl~ichen deutlich - ein Wassertropfen auf einer herk6mmlichen Oberfl~iche.

Tropfen, die auf einer hydrophoben Oberfl~iche zu Kugeln geformt werden.

Die hydrophile photokatalytisch wirksame Oberfl~iche, die durch UV-Licht aktiviert wird.

von Duschen snzutreffen. HoIz, Meta]l, Mauerwerk, Be-

bedacht werden soI]te. NschteiIiZ ist daher, dsss die

ton, Leder und auch Textilien werden ebenso zerne

TropfenpunktuelItrocknenk6nntenunddann

hydrophobiert. Die inszesamt leicht zu reinizende

hinterlassen-der sich a]]erdinzs Ieicht entfernen l~sst.

Schmutz

Oberfl~iche zeichnet sich zudem durch verzleichsweise

Bei nur zerinzer Wassermenze kann es zenere]l passie-

zerinze Anf~illizkeit fftr Schmutzanlazerunzen (,,Anti- ren, dass sich Laufbahnen der abrollenden Tropfen zeiSchmutz") aus. Der Benefit dabei: Die stressfreie und

zen. A]so bedarf es auch hier einer zezie]ten 0ber]e-

leichte Reinizun Z spart Zeit und Kosten. Was im Privst- zunz, w o u n d wie die Funktion einzesetzt werden soil. bereich einfach nur bequem ist, zahlt sich im Objekt

Bei der mlanun Z so]he darauf zeachtet werden, dass es

hinsichtlich des Facility Manazement, wo Reinizunzs-

sich u m zeneizte F]~chen hande]t und Wasser auftref-

kosten einen erhebIichen Antei] der Unterhaltunzskos-

fen kann. Abrasive Reinizunzsmittel und brachialer U m z a n Z des ten ausmachen, flnsnziel] sus. Abperlende Wassertropfen sind nicht immer vorteiI- Reinizunzspersonals - im worst case in perfekter Symhaft, sondern k6nnen sich auch nachtei]iZ auswirken: biose - sind im Objekt mehr sis zenuz anzutreffen und Denn eine Kuzel hat die kIeinste Oberfl~che aller K6r- zerst6ren auf Dauer die Funktion so mancher ETCper, bezozen auf das VoIumen - daraus erzibt sich eine erh6hte Abtrocknunzszeit, die ]e nach Einsatzzebiet

Alles eine Frage des Kontaktwinkels: Der Winkel ist wesentlich fCir die St~irke der Hydrophobie einer Oberfl~iche. Mit Hilfe des Kontaktwinkels wird der Grad der Benetzung beschrieben, der vom Verh~iltnis der Grenzfl~ichenspannungen zwischen Festktirper, Wasser und Luft abh~ngt.

Oberfl~che- es sei denn, sie ist entsprechend kratzfest auszerftstet. A m besten ist sie aussazef~hizen

Ultracleanes Weil3 von wasserabweisenden Oberfl~ichen der Sessel am Pool und in der Innenausstattung einer Yacht.

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Priifverfahren unterzogen worden, an denen man sich orientieren kann. Auch das Kleingedruckte bei entspre-

dar (es sei denn, man beschichtet immer wieder neu), schon gar nicht fflr die auf Nachhaltigkeit bedachte

chenden Produkten, in dem sanfte Reiniger stark emp-

Baubranche.

fohlen und von abrasiven Mitteln in der Regel abgera-

Superhydrophobe Materialien und Beschichtungen

ten wird, zu beachten, ist hinsichtlich der Lebensdauer

sind also von Vorteil, wenn es darum geht, Schmutzab-

der Beschichtung in jedem Fall empfehlenswert,

lagerungen zu reduzieren und die Wasserbest~indigkeit

Nachtr~iglich aufzubringende Mittel weisen oft nur eine

zu erh6hen. Generell h~iufig in der Innenarchitektur im

Haltbarkeit weniger Monate auf, was aber kein Problem darstellen muss, wenn man dar~lber informiert und entsprechend darauf eingerichtet ist. Eine dauerhafte L6sung stellen letztere Produkte nicht unbedingt

Einsatz, erh6ht sich im Auf{enbereich durch sie der Bewitterungsschutz.

Kontaktwinkelmessung eines Tropfens. So funktioniert der Schichten-Aufbau einer ETC-Beschichtung: Verschiedene Partikel einer SoI-GelL6sung -

richten sich im Trocknungsprozess selbst aus -,,Selbstorganisation" -

und die entstehende untere Lage ist fCir die Haftung, die Zwischenlage als Verbindung, die oberste Lage fCir die wasserabweisende Funktion zust~indig.

Nicht nur auf Keramik im Sanit~irbereich wird der ETC-Effekt eingesetzt - hier Email mit ,,Abperleffekt"

Leicht zu reinigen: Easy-to-clean (ETC) 996 I 97

Science to Business Center Nanotronics & Bio Marl, Deutschland

ARCHITEKTUR

Henn Architekten, Milnchen, Deutschland

BAUHERR

Degussa, Creavis

PRODUKT

ccflex, Nano-Keramik-Wandbelag zur Bauzeit Degussa, heute Evonik 2005

FIRMA FERTIGSTELLUNG

Das Forschungszentrum wurde fflr die Degussa, Creavis konzipiert und gebaut. Die Architektur verk6rpert

weisender Oberfliiche aus. Die Lieferform als Rolle und die Verarbeitung entsprechen einer herk6mmlichen

den Anspruch des Unternehmens, Know-How-Transfer

Tapete. Sie kann jedoch nicht nur im herk6mmlichen

zwischen Wissenschaft und Wirtschaft zu leisten,

Sinne eingesetzt werden, sondern vermag auch die fib-

durch eine transparente Fassade, kombiniert mit einer

lichen Wandfliesen zu ersetzen, wie hier in den WC-

klaren Formensprache und einem ebensolchen Farbund Materialkonzept. Degussa profitiert vom Einsatz eines hauseigenen Produkts: Hier wurde in verschiedenen Innenraumbereichen ein Nano-Keramik-Wandbelag, eine Art Tapete eingesetzt, die als ~iuf[erst robust gilt. Das Funktions-

Bereichen. Die wasserabweisende Oberfliiche wurde im Feuchtraum/Nassbereich dutch einen entsprechenden Kleber erg~inzt, um auch die Anschlussfugen abzudichten. In dieser Hinsicht ist eher derVergleich mit Fliesen statt mit einer Tapete angebracht. Durch eine leicht melierte Farbstruktur sind Nahtst6f[e unsichtbar und

profil zeichnet sich durch Flexibilit~it und Stof[festigkeit sowie Diffusionsf~ihigkeit bei gleichzeitig wasserab-

es entsteht das Erscheinungsbild einer homogenen fugenlosen Fl~iche.

Leicht zu reinigen: Easy-to-clean (ETC) - 981 99

Kaldewei Kompetenz-Center (KKC) Ahlen, Deutschland

ARCHITEKTUR

Bolles + Wilson, Miinster,Deutschland

BAUHERR

Franz Kaldewei G m b H

PRODUKT

Kaldewei Stahl-Email mit selbstreinigendem ,,Perl-Effekt", Easy-to-clean Oberfl~iche

FIRMA FERTIGSTELLUNG

Kaldewei 2005

Eine eigene Email-Entwicklungsabteilung und -Produk-

sischen Farben gehalten und z u m Teil mit einer leicht

tion, als einzigartige Kompetenz dieses Badewannen-

zu reinigenden Beschichtung ausgestattet. Die Be-

herstellers, findet als Markenkern ihren Ausdruck an

schichtung wird sonst ffir die produzierten Badewan-

der Fassade in einem Schleier aus farbigen Stahl- hen genutzt, u m den Reinigungsaufwand des grundEmailelementen, zwischen denen die bestehenden Ge-

s~itzlich~iuf~erstpflegeleichten Materials nochmals zu

b~iude der Schmelze aufscheinen. Die emaillierten Fas-

reduzieren.

sadenlamellen sind in den fiirdas Unternehmen klas-

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Einfamilienhaus Erlenbach, Schweiz

ARCHITEKTUR BAUHERR PRODUKT FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

burkhalter sumi architekten, Ziirich, Schweiz Privat Samicolor NanoBois nature, Hydrophobierung yon Holz K~ilin & Co. AG

2005 415 qm NGF

Das Haus befindet sich auf einem privilegierten Grund-

higer gegen Witterungseinflilsse durch Feuchtigkeit zu

sttlck am Zilrichsee mit Blick auf die Alpen. Der skulp-

machen und die Vergrauung zu verz6gern, wurde die

turale und minimalistische Charakter des Hauses wird

Lattung hydrophobiert. Das Holz ist ohne Filmbildung

dutch eine Umhtillung des Rohbaus mit vertikal ange-

transparent impr~igniert, so dass die Diffusionsfiihig-

ordneten Fassadenlamellen aus L~irche betont. Die flli-

keit weiter besteht. Die natilrliche und gemaserte Ober-

grane Lattung k o m m t besonders an der Abgrenzung

fl~iche des echten Holzes bleibt bei der Hightech-Hyd-

der Loggien zur Geltung. Um das Holz widerstandsfii-

rophobierung erhalten.

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Modern Classicism Shanghai, China

BAUHERR

MoHen Design International, Shanghai, China MoHen Design International

PRODUKT

Sp-II, Energy Conservation Paint

ARCHITEKTUR

FIRMA

PRODUKT FIRMA

FLACHE FERTIGSTELLUNG

Shanghai Pujin Macromolecule Material Science and Technology Development Ltd. Co., Apex Group Nano-Steinplatten, hydrophobiert Sunny Win Light Ray Nano Technology Co. Ltd. in Zusammenarbeit mit Industrial Technology Research Institute (ITRI) 498qm 2006

Dieses chinesische Office-Interior kombiniert klassi-

Geb~iude durchzieht. S~imtlicheKomponentenbesitzen

sche und zeitgen6ssische Elemente wie eigens entworfene Kronleuchter aus Acrylglas und florale Wandpaneele aus demselben, hier aber weif[en Material. Schiebetftren aus Edelstahl verdecken t~igliches Arbeitsmaterial und bilden die Rilckwand des Btiros. Die Farbgebung konzentriert sich im Wesentlichen auf

dekorativen Charakter, der von funktionalen Innovationen aus der Nanotechnologie erg~inzt wird: MoHen w~ihlte die spezielle Wandfarbe wegen ihrer antibakteriellen, Easy-to-clean und w~irmenden Eigenschaften. Aus Grtinden derSelbstreinigung, ansprechenderen/~sthetikderOberfl~icheundl~ingerenHaltbarkeitwurden

Schwarz, Weif{ und Stahl, wobei der spielerische Umgang mit der dominanten Linienfflhrung das gesamte

die Natursteintreppenstufen mit einem hydrophobierenden Mittel versehen.

Leicht zu reinigen: Easy-to-clean (ETC) 9 1041 105

Stadtlounge / Lichtbubbles St. Gallen, Schweiz

ARCHITEKTUR LICHTGESTALTUNG KUNST

Carlos Martinez Architekten, Widnau SG, Schweiz Vogt & Partner, Winterthur, Schweiz Pipilotti Rist, Ztirich, Schweiz

BAUHERR

Raiffeisenbank St. Gallen

PRODUKT

Nano-Vitro

FIRMA FERTIGSTELLUNG

NanoSys 2005

Im Frilhjahr 2005 wurde im Stadtzentrum yon St. Gal-

Fiberglasabdeckungen aus Scobalit, wobei das Licht so-

len die st~idtebaulich sorgfiiltig gestaltete Bebauung

wohl farbige Lichtstimmungen erzeugen wie auch als

dutch die Raiffeisenbank fertig gestellt. FOr die Neugestaltung der Auf{enr~iume wurde die ,,Stadtlounge" als Siegerprojekt eines Studienauftrags realisiert. Originell

reine Durchgangsbeleuchtung dienen kann. Die Oberfl~iche wurde mit einer Beschichtung ausgestattet, die Schmutz-, Schnee- und Eisablagerungen reduziert. Sie

und radikal ist die Stadtlounge mit ihrem Teppich, der

ist ultradilnn, transparent und UV-best~indig. Die Anti-

~]ber die zerkltifteten Freir~iume des Quartiers gelegt

haftfunktion ist insbesondere gegen Verschmutzung

wird: ein 5ffentliches Wohnzimmer mit Aufenthaltsqualit~it in leicht ironischer Manier. Die Beleuchtung

wichtig, die die Lichtintensit~it beeintr~ichtigen wtirde. Was als ,,Plan B" erscheint: Gegen Schnee und Eis gibt es

erfolgt mit diffus leuchtenden ,,Lichtbubbles", die in der

zus~itzlich integrierte Heizliifter. Die Beschichtung ver-

Lounge zu schweben scheinen. Sis haben sinen Durch-

ftigt nur fiber eine begrenzte Haltbarkeit von mehreren

messer von rund 3 m und perlmuttfarben erscheinende

Monaten und muss dann erneuert werden.

Leicht zu reinigen: Easy-to-clean (ETC) 9 106 I 107

Luftreinigend LUFTREINIGEND

Luftschadstoffe und Geruchsstoffe werden in ihre Bestandteile zerlegt. Ersetzt keine Lflftung, verbessert die Luftqualit~it.

Mittels dieser Funktion von Nanomaterialien l~isst sich die Luft verbessern, wenn auch nicht qualitativ opti-

rer Zeit in Innenr~iumen verbringen. Unangenehmer

mieren. Unangenehme Gerflche sowie Schadstoffe werden auf diese Weise vernichtet. Gute Luft ist ein grund-

gleiter. Der Geruchssinn beeinflusst erheblich unser aller Wohlbeflnden und wird dennoch oft genug ver-

legendes und wachsendes Bedflrfnis, das gleichzeitig

nachl~issigt. In Kombination mit gesundheitssch~idli-

immer kostbarer wird. Frflher stand die Augenluft im

chen Stoffen belasten sie das Wohlbeflnden erheblich.

Fokus der Gesetzgebung, erst danach folgte die Frage

Und der sch6nste Raum wird kein Wohlfilhlambiente hervorbringen, wenn die Luftqualit~it nicht stimmt.

nach der Raumluftqualit~it. Beidem kommt die luftreinigende Funktion von Nanomaterialien entgegen. Sie

Geruch oder sogar Schadstoffe sind dabei h~iufige Be-

Um dagegen vorzugehen, werden schlechte Gerflche im

spielt nicht nut im Innen- sondern auch zunehmend

Innenraum mehr oder minder zielgerichtet eliminiert.

im Augenraum eine groge Rolle.

Normalerweise geschieht das entweder dutch Lfiften, dutch Oberlagerung (Raumbeduftung) oder unter Einsatz resorptiver Materialien, was abet nut fiber beschr~inkte Kapazit~iten verftlgt. Nanotechnologie macht es m6glich, dass der Geruch chemisch zersetzt und in

Innenraum

Raumluftqualit~t ist von entscheidender Bedeutung,

weft die Menschen in Industriel~indern den Grogteil ih-

Luftreinigende Vorhangsstoffe k6nnen gleichzeitig ~iber antibakterielle Funktion verfCigen. Auf dem Markt be~nden sich verschiedene Varianten - mit dieser Kombination und ohne sie.

Luflreinigend 9108 I 109

seine unkritischen Bestandteile zerlegt wird. Die Mole-

moniak, Benzol, Fischgertlche u.a. sind ebenfalls im

kiile werden gecrackt, tibrig bleiben Wasserdampf und

Repertoire enthalten, wobei weitere Stoffe auf ihre Zer-

Kohlendioxid (CO2).

setzbarkeit hin erforscht werden, um die Palette zu-

Unter der Voraussetzung, dass die Relation der luftreinigenden Oberfl~iche im richtigen Verh~iltnis zum

ktinftig zu erweitern.

Raumvolumen steht, kann auf diese Weise beispiels-

A n w e n d u n g findet diese Technologie in R~iumen verst~irktbei Textilien und Farben. Die Luft wird dadurch

weise dem Sick Building Syndrom (SBS) entgegen gewirkt werden. Relevant ist die ftir die Luft angreifbare

zwar verbessert aber sie wird nicht zwingend ,,gut". Faktoren wie Sauerstoffgehalt und relative Luftfeuchte

Fl~ichengr6f{e, also nicht die mit Mobiliar zugestellte

spielen bei der Luftqualit~it eine Rolle, die im Kontext

Fl~iche. Um die daftlr n6tige oxydative Katalyse in Gang

luftreinigender Produkte nicht vergessen werden daft.

zu setzen, ist eine normale Luftzirkulation ausreichend,

Wer annimmt, es mtlsse nicht mehr geltiftet werden, weil alles vom Teppich erledigt werde, liegt falsch. Regelm~if{ige Lilftung ist damit nicht zu ersetzen. Ungentlgende Lilftungverursacht unweigerlich eine zu hohe relative Luftfeuchte und ftlhrt in der Konsequenz zu Schimmelpilzbildung mit all ihren unerwiinschten Fol-

wogegen die Photokatalyse, auf deren Basis der Luftreinigungseffekt auch erzielt werden kann, Tageslicht ben6tigt. Letzteres sollte beim Einsatz in Innenr~iumen besonders bedacht werden. Die luftreinigende Wirkung der Nanomaterialien l~isst mit der Zeit nicht nach, da sich tier Katalysator nicht verbraucht. Was mit Geriichen funktioniert, l~isst sich genauso auf Schadstoffe wie beispielsweise Nikotin und Formalde-

gen. Neben der Luftfeuchtigkeit spielt auf[erdem der Sauerstoffgehalt eine Rolle beim T h e m a Raumluftqualit~it. Frischluftzufuhr ist hierftlr unabdingbar. Ein drit-

hyd anwenden. Auch diese k6nnen gecrackt werden,

ter Grund regelm~if{ig zu lilften: das Abbauprodukt, das

um sie aus der Raumluft zu filtern. Im Vergleich mit

entstandene CO2, sollte entweichen k6nnen.

anderen bekannten Schadstoffen wie Asbest stellt For- Der Geruchssinn hat durchaus auch eine warnende maldehyd nicht immer eine Altlast im Geb~iude dar,

Funktion und wird get~iuscht, wenn etwa Uringeruch

sondern wird teilweise sogar neu eingebracht. Nicht

nicht mehr wahrnehmbar, seine Ursache aber dennoch

nur in Altbauten, sondern auch in Neubauten ist daher

vorhanden ist. Gleiches gilt filr die Wahrnehmung von

die F~ihigkeit Schadstoffe abzubauen hinsichtlich des Sick Building Syndroms von grof[em Interesse. Nikotin stellt einen weiteren Stoff dar, der erfolgreich abgebaut wird. Damit kann unter Umst~inden die Unterteilung

scheinbar nikotinfreien R~iumen, wenn andere Schadstoffe des Zigarettenrauchs noch in der Luft vorhanden sind. Wirklich gepflegte R~iume sind immer der Symptombek~impfung vorzuziehen. Grunds~itzlich ist es am besten, die Ursache schlechter Luft zu beseitigen. Ist

von Raucher- und Nichtraucherr~iumen entfallen. Am-

In dem stark frequentierten Tanz- und Gymnastikraum unterstiJtzen luftreinigende Vorh~nge ~iber die gesamte Raumbreite die Luftqualit~it. Luftreinigender Putz im Innenraum. Die Funktionen Akustik und Luftreinigung sind im Callcenter in,,die fabrik" in Cottbus gekoppelt. Die Europazentrale Hyundai Motor Europe in Offenbach, Deutschland, wurde mit luftreinigenden GK-Platten ausgebaut. Luftreinigende Materialien wie Gipskartonplatten bzw. Akustikpaneele.

Luftreinigend 9110 1111

dies aber praktisch mit Schwierigkeiten verbunden bzw.

Zeit testweise zum Einsatz u m Industrie- und Autoabgase zu vernichten. Photokatalytisch selbstreinigender fl~ichen die Raumluftqualit~it untersttitzen und damit (siehe S. 117) Beton beispielsweise hat dartiber hinaus das Wohlbeflnden der Nutzer verbessern. Als Freibrief gleichzeitigeine luftreinigende Wirkung. Dieser Zusatzfiir den sorglosen Umgang mit Innenraumschadstoffen nutzen wurde erst sp~iter entdeckt, und neueste Entsind sie allerdings nicht geeignet. wicklungen gehen immer wieder dutch die Tagespresse. Z u m Einsatz k o m m e n dabei luftreinigende PflastersteiAugenraum ne, Straf[enbel~igeoder auch Farben. Noch sind die MaIm Auf[enbereich sind gute Luft bzw. Luftverschmut- terialien teuer, abet der Anfang ist gemacht. zung schon seit L~ingerem besonders in Europa ein Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang das von Thema, alas im 6ffentlichen Interesse steht, auch im der EU gef6rderte Forschungsprojekt ,,Picada"(PhotocaZusammenhang mit steigender gesellschaftlicher talytic Innovative Coverings Applications for DepolluW a h r n e h m u n g und Bewusstseinsbildung bezilglich tion Assessment) zwischen 1996 und 2003. Im Rahmen 6kologischen Aspekten und des Sustainable Develop- dieses Projekts wurden sowohl Testanlagen als auch ment. Mehr und mehr Unternehmen schmtlcken sich Pilotprojekte gebaut, die die Effizienz photokatalytisch mit einem ,,sustainable commitment"- so dass 0ko ab- luftreinigender Oberfl~ichen zeigen. Abh~ingig von den seits der frilhen ,Schrumpelm6hren"-0kowelle auch Rahmenbedingungen wurden 20% bis 80% der Schadals Marketing- und Lifestylefaktor herhalten muss. stoffe erfolgreich abgebaut. Fuf{g~inger, die sich beiDie luftreinigende Funktion beispielsweise von photo- spielsweise in der N~ihe einer behandelten Wand bekatalytischem Beton stellt eine M6glichkeit dar, in die- wegen, atmen auf diese Weise weniger Luftschadstoffe sem Sinne positiv aufbereits vorhandene Schadstoffe ein. nicht zu realisieren, dann k6nnen luftreinigende Ober-

einzuwirken. Fassaden, Stragenbel~ige und Ahnliches

Auch im Auf{enraum stellt die Luftreinigung genau wie

mit entsprechender Beschichtung kommen in letzter

im Innenraum nut hinsichtlich der Symptombehand-

Photokatalytischer Bodenbelag auf BCirgersteigen. Betonpflastersteine als Aul3engestaltungselemente mit photokatalytischer Wirkung auf einem Parkplatz.

lun Z eine untersttitzende Maf[nahme und ad~iquate M6glichkeit als Probleml6ser ftlr bereits vorhandene Luftschadstoffe dar. Die Ursachen der Schadstoffentwicklung sind damit nat~irlich nicht beseitigt. Die Luftreinigung kann aber dennoch Smog reduzieren und damit die Luft verbessern. Entscheidend bleibt, ob ein nennenswerter Unterschied in der Auf[enluft mit oder ohne den Einsatz luftreinigender Oberfl~ichen festzustellen ist bzw. wie grof{ der F.ffekt letztlich ist. Hinsichtlich des Umgangs mit Luftschadstoffen ist es nattirlich am besten, wenn an der Produktion derselben angesetzt wird und sie erst gar nicht entstehen. Es dauert seine Zeit, bis die Ziele des Umweltschutzes diesbeztiglich umgesetzt sind. Derweil k6nnte nach Pr~ifun Z des Effekts auf entsprechende luftreinigende M6glichkeiten zur~ickgegriffen werden. Bleibt abzuwarten, ob der fl~ichendeckende Einsatz von entsprechenden Materialoberfl~ichen in verkehrsbelasteten Innenst~idten einmal zum Standard wird.

Luftreinigend 9 112 I 113

Atelier und Villa eines Kalligrafen Ymanashi, Japan

ARCHITEKTUR PRODUKT FIRMA FERTIGSTELLUNG FLACHE

Dieses eigenwillige, als Wochenendhaus und Kalligrafie-Atelier genutzte Haus zieht sich tiber zwei Etagen und eine Dachterrasse. Mitten auf dem Land gelegen, ist zwar reichlich frische Luft im Umfeld vorhanden, durch die Nutzung als Wochenendhaus gibt es aber im

Kazuyasu Kochi, Kochi Architect's Studio, Tokio, Japan Moiss, luftreinigende Ausbauplatte Mitsubishi 2004 62qm

und die Integration von luftreinigendenAusbauplatten, die Schadstoffe in der Luft eliminieren, hat der Architekt das Ltiftungsproblem verringert. Die Ausbauplatten sind diffusionsoffen, nehmen Feuchtigkeit auf und geben sie wieder ab und reinigen die Luft von SchadInnenraum Defizite, die durch nicht allzu h~iufige Ltif- stoffen, indem sie sie in ihre Bestandteile zerlegen. Datung entstehen. Durch unlackierte Holzoberfl~ichen rtiber hinaus lassen sie sich problemlos entsorgen.

L u f t r e i n i g e n d 9 1141 t 15

Fuf~weg a m

Leien Boulevard

Antwerpen, Belgien

ARCHITEKT

51N4E Space Producers,Antwerpen, Belgien

BAUHERR

Stadt Antwerpen

PRODUKT

LuftreinigendeBodenplatte

FIRMA FL~.CHE

Integriert Technologie von Mitsubishi 48 000 qm

FQr das Zentrum Antwerpens wurde als Fuf~wegbelag werden Umweltgifte wie Stickoxide in unbedenkliche im Sinn urbaner Dekoration eine polygonale Form ent- Salpetersiiureionen umgewandelt. Auf diese Weise wird wickelt, die sich an maurische Muster anlehnt. Das Ele- eine groge Fl~iche effektiv fftr die Luftreinigung im st~idment, das hier allerdings nicht realisiertwurde, zeich- tischen Bereich genutzt und dabei beispielhaft Dekoranet sich auf~erdem durch eine besondere Funktionalit~it tion und Funktion verbunden. aus: Dutch oxidative Katalyse mit Hilfe von Sonnenlicht

Jubilee Church, La Chiesa del Dio Padre Misericordioso Rom, Italien

ARCHITEKTUR

Richard Meier & Partners, New York, NY, USA

BAUHERR

Vicariato di Roma

PRODUKT

TX Millenium, TX Active, photokatalytischer Zement

FIRMA FERTIGSTELLUNG

Italcementi

2003

Kennzeichnend f~r die unverwechselbare Gestalt der

st~idtischenUrnfe]d, das von Umweltverschmutzunzin

Kirche mit Gemeindezentrum

sind drei imposante Se-

Form von Abzasen besonders belastet ist.Abet das Ge-

ze] von his zu 361n H6he aus vorfabrizierten weif~en

b~ude reinizt nicht nur sich selbst, sondern such der

Betonbautei]en hoher Dichte. Der Beton beinhaitet u.a. verschmutzten Luft wirkt die Oberfl~che massiv entweilZen Carrara-Marmor und Titandioxid, u m dss Weif~

zezen, indem sowoh] Stickoxide sis such fli]chtize or-

zu erhalten. Die photokata]ytisch selbstreinizende

zanische Verbindunzen (VOC) nachweis]ich deutlich

Oberfl~che erm6zlichte erst den weif~en Bau in diesem

reduziert werden.

Luftreinigend91161117

Anti-Fog ANTI-FOG Beschlagene Oberfl~ichen erscheinen klar.

Sobald Feuchtigkeit kondensiert und sich auf Oberfl~i- wie vor nieder, ist aber nun unsichtbar. Der Film erchen niederschl~igt, geschieht das in Form der Bildung scheint transparent, wodurch die Klarheit und der Einvieler kleiner Tr6pfchen, die einen st6renden Schleier ergeben. Ein Spiegel beispielsweise beschl~igt und ist nicht mehr klar. Der ungetrtibte Blick in den Spiegel bleibt zwar erhalten, wenn dieser beheizt wird und dadurch eine kontinuierlich warme Oberfl~iche aufweist, so dass sich keine Feuchtigkeit niederschlagen kann. Ein solcher dauerhaft klarer Spiegel ben6tigt allerdings Energie. Mittlerweile geht es auch ohne Stromzufuhr- der Spiegel bleibt statt dessen mit Hilfe von Nanotechnologie klar. Die L6sung ist eine ultradtinne Beschichtung mit nanoskaligemTitandioxid, die sich durch erh6hte Oberflfichenenergie und damit groge Wasseranziehungskraft auszeichnet. Auf der hydrophilen Oberfl~iche bilden sich keine Tr6pfchen, sondern ein hauchd~inner Wasserfilm. De facto schl~igt sich die Feuchtigkeit nach

druck einer unbeschlagenen Oberfl~iche entstehen. Spiegel in B~idern sind fflr diese Anwendung grunds~itzlich pr~idestiniert, ebenso Glasoberfl~ichen in klimatisierten R~iumen tropischer Gefilde, die bei Eindringen der warmfeuchten Aufgenluft sofort sichtbar beschlagen. Neben der Anwendung auf Glas sind derartige Beschichtungen auch auf Kunststoff m6glich. Eine andere Methode wurde von Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) 2005 pr~isentiert, wobei auch in Australien an der University of Queensland eine vergleichbare Beschichtung entwickelt wurde: eine glasartige nanopor6se Oberfl~ichenbeschichtung aus mehreren Layern mit winzigen, mittels Nanopartikeln erzeugten L6chern. Die ftir das Auge glatt erscheinende Oberfl~iche ist superhydrophil. Feuchtigkeit wird in die winzigen Poren gezogen, so dass keine

Spiegel mit Anti-Fog-Beschichtung erh6hen den Komfort.

Tr6pfchen auf der Oberfl~che geformt werden k6nnen. Es bi]det sich eine d