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Interview Axel Zweck

FRAGE: Die Nanotechnik – so zeigen es auch die Studien der ‚Zukünftigen Technologien Consulting‘ des VDI-Technologie-Zentrums – hat ein erhebliches Potential, die Ressourcenproduktivität zu steigern. Oberflächen, die nicht mehr gereinigt werden müssen, extrem leichte Werkstoffe, extreme Miniaturisierung, das sind nur einige Stichwörter. Wir wollen das Feld einmal inspizieren.

ZWECK: Grundsätzlich gibt es in diesem Zusammenhang verschiedene Wege, über die eine Ressourcenminimierung greifen kann. Einmal dadurch, dass geringere Stoffmengen erforderlich sind. Zweitens können wir durch die Nanotechnologie neue Prozesse und Maschinen erwarten, die effizienter und mit geringerem Materialaufwand auskommen und drittens dadurch, dass wir Materialien mit einer wesentlich höheren Haltbarkeit gewinnen, wodurch zum Beispiel die Maschinenlaufzeiten länger werden. Nanotechnologie ist also ein Beitrag zur Entmaterialisierung durch Effizienzsteigerung.

Nanotechnische Oberflächen

FRAGE: Schauen wir uns das mal am Beispiel Auto an!

ZWECK: Angenommen, und das ist abzusehen, wir bekommen Beschichtungen, die es auf Autofensterscheiben ermöglichen, alles abperlen zu lassen: Wasser, Insekten, sämtliche Schmutzteile, dann wären Scheibenwischer und Scheibenwischermotor nicht mehr notwendig, mindestens aber könnte das Innenbeschlagen der Scheibe verhindert werden. Das Problem ist dabei heute noch: Derartige Oberflächen sind aufwendig herzustellen und der Effekt hält lediglich 20 000 bis 30 000 Kilometer. Aber, das wird besser. In jedem Fall ermöglichen derartige Beschichtungen bereits heute, dass die Scheibe deutlich länger sauber bleibt. Ein anderer Ansatz ist die Glasscheibe durch Polycarbonat zu ersetzen. Das bringt, bei geeigneter Beschichtung nicht nur Schmutzabweisung sondern auch eine erhebliche Gewichtsersparnis. Schmutzabweisung ist durch Nanopartikelbeschichtungen auch für Lacke von Autos oder Schnellzügen interessant und möglich. Ein anderes Beispiel ist extreme Kratzfestigkeit.

FRAGE: Wann könnte es soweit sein?

ZWECK: Mit großer Wahrscheinlichkeit in den nächsten fünf bis zehn Jahren.

FRAGE: Bleiben wir bei neuen Oberflächen durch Nanotechnologie.

ZWECK: Wenn es in den nächsten Schritten gelingt, Beschichtungen auf Glasscheiben so aufzubringen oder sie zu integrieren, so dass sie durch elektrische Steuerung abgedunkelt werden können – das gilt für eine Auto- ebenso wie eine Hausfassade –, dann braucht man zukünftig z.B. keine Rollos mehr. Und – noch mal weitergedacht –, wenn es dann noch möglich wird, einzelne Bereiche aus dem Spektrum der elektromagnetischen Wellen herauszufiltern, z.B. das infrarote Licht, dann wäre es auch möglich, auf die Klimaanlage im Auto zwar vielleicht nicht ganz zu verzichten aber sie mindestens geringer zu proportionieren.

FRAGE: Das Auto der Zukunft wird – möglicherweise – von Brennstoffzellen angetrieben. Es gibt da ein Detailproblem, das aber mit Blick auf die Ressourcenfrage große Bedeutung hat: Die Kunststoffmembranen innerhalb der Brennstoffzellen werden nämlich mit Platin beschichtet – ein Rohstoff mit einem riesigen Rucksack. Millionen Brennstoffzellen wären sicher ein enormes Problem. Also, kann man möglicherweise das Platin durch andere Materialien ersetzen?

ZWECK: Meiner Erfahrung nach kann man fast alle Werkstoffe ersetzen. Und ich bin sicher, irgendwann wird auch Platin durch etwas anderes ersetzt werden können. Ich kann Ihnen aber nicht sagen, welcher Stoff das sein wird und wann er sich am Markt behaupten wird. Man muss ja auch zwischen der katalytischen und der ionenleitenden Funktion der Beschichtung unterscheiden. Ionenleitende Membranen aus keramischen Materialien oder Zirkonoxid könnten Anwendung finden. Selbst aber, wenn man zunächst nicht auf Platin verzichten kann, werden dank der Nanotechnologie immer geringere Mengen davon benötigt.

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Nanotechnik und extreme Miniaturisierung

FRAGE: Sie haben eingangs gesagt, eine Möglichkeit, die Ressourcenproduktivität durch Nanotechnologie zu erhöhen sei die Miniaturisierung. Könnten Sie das bitte erläutern?

ZWECK: Der wesentliche Unterschied zur makroskopischen Welt ist, dass wir in der Nanotechnologie auf der Ebene von Molekülen und Atomen, d. h. der Quantenphysik arbeiten. Dort können wir ganz neue Effekte nutzen, vor allem in der Elektronik. Der Energieaufwand, wenn nur noch einzelne Elektronen bewegt werden, um Informationen zu prozessieren, ist natürlich extrem gering. Soweit sind wir zwar noch nicht. Aber das ist der Weg!

FRAGE: Was heißt das für Computer, für Telefone, Autoelektronik, für Speichertechnologie?

ZWECK: Das Ziel bei der Speichertechnologie ist, jedes einzelne Bit über ein einzelnes Atom zu speichern. Das hätte zur Folge, dass wir die gesamte Weltliteratur in einem Kubikzentimeter, also die Größe etwa von einem Stück Würfelzucker, speichern könnten. Das ist eine Vision, aber wir sind bereits auf dem Weg dorthin. Wir haben eine extrem große Dichte von Information, und der Aufwand, um ein Bit zu bewegen ist extrem klein. Die Folge: Wir brauchen extrem wenig Energie und Raum, also Material – für die gleiche Leistung. Das zum Thema Speicherung - nun zur Informationsverarbeitung. Wir dürfen uns die Nanotechnologie nicht als einfache Weiterentwicklung der Mikroelektronik vorstellen. Auf dem Nanolevel herrschen ganz andere Gesetzmäßigkeiten, die technisch genutzt werden können. Im Nanobereich sollte es möglich sein, kleinste elektronische Schaltkreise aufzubauen. Es gibt bereits Nanodrähte, die in diesem Bereich Anwendung finden. Und auch hier wieder: extrem kleine Materialmengen und eine Elektronik, die durch geringste Mengen von Elektronen geschaltet wird. Noch spannender wird es bei der übernächsten Chipgeneration, wenn sich die Wellennatur des Elektrons beginnt bemerkbar zu machen.

FRAGE: Noch einige Anwendungen?

ZWECK: Perfekte Technik wirkt fast wie Zauberei. Weil sie kaum noch auffallen wird und raffinierte Möglichkeiten bietet. Ein Gedankenexperiment: So, wie jemand, der die letzten 30 Jahre geschlafen hat und plötzlich vor der modernen Kommunikationstechnik mit Computern, Handy und Global Positioning System stehen würde, genau so verblüfft wären wir auch, wenn wir die nächsten 30 Jahre überspringen könnten. Sicherlich wird Nanotechnologie dabei eine Rolle spielen, wenn auch nicht ausschließlich.

FRAGE: In den Studien Ihres Instituts werden noch andere Beispiele genannt: die Chemiefabrik in Miniaturformat oder der Ölcontainer, der sich nach einem Unfall selbsttätig wieder schließt. Was ist davon zu halten?

ZWECK: Das Chemielabor auf dem Mikrochip, das gibt es ja bereits. Zur Zeit werden mit hohem Druck Verfahren entwickelt, um sehr präzise Frühwarnsysteme zu bauen. Also Geräte, die auf geringste Mengen von Kampfgasen oder biologischen Substanzen wie Pockenviren reagieren. Die Verbindung von Elektronik mit Erkenntnissen aus der Membranbiologie sowie der Biotechnologie wird es möglich machen, dass man auf einem Mikrochip Hunderte von Sensoren konzentriert. Die können dann auf Flughäfen und Containerterminals eingesetzt werden und reagieren sofort, wenn die ersten Moleküle gefährlicher Stoffe auftreten. Die smarten Anwendungen werden eine Fülle von Technologie erfordern. Auch hier gilt: Das kann, das muss nicht Nanotechnologie sein. Die Grenzen sind fließend.

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Bildschirme der Zukunft

FRAGE: Ein anderes Beispiel: Die Bildschirmtechnik. Was erwarten Sie?

ZWECK: Oft erkennt man den Fortschritt am besten mit dem Blick zurück. Heutige Fernseher dürften nur noch wenige Prozent der Energie verbrauchen wie die großen, schweren Bildröhren der 50er Jahre. Andererseits darf nicht darüber Hinweggesehen werden, dass diese Technologien eine viel stärkere Verbreitung gefunden haben wodurch sich die Energieersparnis des Einzelgerätes nicht direkt auf den Gesamtenergieverbrauch niederschlägt ...

FRAGE: ...der Bumerangeffekt, den Technik alleine nicht lösen kann.

ZWECK: In die Diskussion gekommen ist ja auch der Kunststoff-Bildschirm. Das Ziel dabei ist, ganz einfache Ausgangsmaterialien zu nutzen. Wenn man bedenkt, was früher in der Bildröhre alles drin war: verschiedene Metalle in den Beschichtungen innen; außen saßen die Ablenkspulen drauf, dann gab es noch verschiedene Sorten Glas. Da sind wir doch heute schon viel besser dran. Möglicherweise wird es auch ganz andere Lösungen wie Projektionstechniken geben. Die heutigen Projektoren sind ja nur noch so groß wie eine Zigarrenschachtel; möglicherweise kommt die zukünftige Technik aus dieser Ecke. Dann verschwindet das eigentliche Fernsehgerät. Statt dessen gibt es nur noch ein Bild, das an die Wand geworfen wird.

FRAGE: Wie wahrscheinlich ist die Entwicklung, von der wir gerade sprechen?

ZWECK: Die Wahrscheinlichkeit, dass solche Dinge kommen, ist hoch. Schwierig ist es allenfalls zu sagen, ob der eine oder andere technische Durchbruch im Jahr 2010 oder 2015 kommen wird. Dann stellt sich noch die Frage, wann die entsprechenden Produkte auf den Markt kommen und zu welchen Preisen; vielleicht wird sich das eine oder andere nur ein finanziell gut ausgestatteter Geheimdienst leisten können, vielleicht aber wird es ein Produkt für jedermann.

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Nanotechnologie auf dem Weg

FRAGE: Wie sieht es mit der Innovationsbereitschaft der deutschen Industrie in diesem Bereich aus?

ZWECK: In der Industrie wird das Thema Nanotechnologie durchaus aufgenommen und verfolgt. Manchmal wird allerdings übersehen, dass es ganz neue Marktsegmente gibt, in die man gehen kann. High-Tech-Unternehmen sind dabei, ganz gezielt Produkte zu entwickeln; da gibt es einige, auch in Deutschland. Und schließlich das klassische mittelständische Unternehmen, das auf den traditionellen Branchenfeldern gearbeitet hat. Hier sehe ich für Deutschland ein Problem. Viele der kleinen und mittelständischen Unternehmen, z.B. aus der Metallverarbeitung, für die ist es schwer, solche neuen Technologien wie die Nanotechnologie aufzugreifen. Da besteht sicherlich noch viel Nachholbedarf, zumal die Gefahr besteht, dass durch andere Konstellationen in anderen Ländern derartige Technologien in Unternehmen dieser Größenordnung rascher aufgenommen werden können, insbesondere in Südostasien.

FRAGE: Hat die Politik in Deutschland die Bedeutung der Nanotechnologie rechtzeitig erkannt und die entsprechenden Konsequenzen daraus gezogen? Von den USA weiß man, dass es gerade auf diesem Gebiet eine große staatliche Unterstützung gibt.

ZWECK: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung leistet sich Technologiefrüherkennung, also die systematische Suche nach zukunftsrelevanten Technologien. Daher kann ich sagen, das Thema ist früh aufgegriffen worden, nämlich bereits 1990/91. In Deutschland gibt es inzwischen mehrere Kompetenzzentren für Nanotechnologie. Es wurde also ein neuer Ansatz gewählt, der dieser neuen, interdisziplinären Technologie gerecht werden sollte. Sonst fehlt dieser Mut häufig in Deutschland, im Fall der Nanotechnologie hat er nicht gefehlt, es werden etwa 100 Mio. Euro pro anno in dieses Zukunftsfeld investiert. Deutschland hat, auch international, eine gute Stellung im Bereich der Nanotechnologie. Andererseits ist die Finanzkraft der USA absolut gesehen natürlich wesentlich größer als die Deutschlands. Auch, weil dort das Verteidigungsministerium stark involviert ist, ein zusätzlicher Schub für die Nanotechnologie, den es so in Europa nicht gibt. Auch die EU wird in der Nanotechnologie zunehmend aktiv. Werden alle nationalen Aktivitäten Deutschlands, Frankreichs, Großbritanniens etc. und der EU zusammengezogen entsprechen die Aufwendungen in etwa denen in den USA.

FRAGE: Sie sind ja persönlich bereits mehr als 10 Jahre auf diesem Gebiet aktiv. kommt das in Gang?

ZWECK: Ja.

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