Feb 04, 2011 |
Nanomaterialien: Anwendungen im Umweltbereich
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(Nanowerk News) Das Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg hat eine neue Broschüre herausgegeben mit dem Titel "Nanomaterialien: Anwendungen im Umweltbereich" (pdf, 2,2 MB).
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Diese Broschüre stellt Beispiele für den Einsatz von Nanomaterialien vor, die zu deutlichen
Umweltentlastungen führen können. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf praxisreifen oder
bereits etablierten Anwendungen. Nanomaterialien im Umweltschutz sind jedoch ein relativ
junges Technologiefeld, daher werden in dieser Broschüre auch innovative Lösungsansätze
vorgestellt, die sich noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium befinden.
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In der Wasseraufbereitung sind Filter mit nanoskaliger Porosität bereits seit Jahren etabliert
und werden durch neue nanotechnologische Verfahren optimiert. Zur selektiven Entfernung
von Arsen aus Trink- und Abwasser werden nanoskalige Sorptionsmittel aus Eisenhydroxid
eingesetzt. Nanopartikuläres Titandioxid kann einen UV-Licht induzierten photokatalytischen
Schadstoffabbau bewirken. Zur Beseitigung von Grundwasserkontaminationen
befindet sich Nano-Eisen in der Erprobung. Nanoskalige Zusätze erzeugen unter Ausnutzung
des "Lotus-Effektes" selbstreinigende Oberflächen z. B. von Gebäuden oder Badkeramiken.
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Zur Reduzierung von Schadstoffemissionen aus Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren
werden bereits seit Jahrzehnten mit Nanopartikeln beschichtete Katalysatoren verwendet.
Nanoporöse Partikelfilter vermindern den Ausstoß von Rußpartikeln bei Dieselmotoren.
Industrielle Filtersysteme zur Abtrennung schädlicher Gase und Stäube können mit nanoporösen
Membranen in ihrer Effizienz optimiert werden. Photokatalytisch aktives Nano-
Titandioxid wird in Baustoffe für Gebäude oder Pflastersteinen eingebunden. So entstehen
Oberflächen, die in innerstädtischen Bereichen zu einer Verbesserung der Luftqualität
beitragen können.
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In der Landwirtschaft trägt eine gezielte und bedarfsgerechte Ausbringung von Pestiziden
und Düngemitteln auf Basis nanotechnologischer Wirkstofftransportsysteme zu einer Reduzierung
des Verbrauchs bei. Weitere nanotechnologische Entwicklungen dienen der Verbesserung
der Wasserspeicherkapazität von Böden sowie der Erhöhung der Wasserdurchlässigkeit
von Oberflächen im Straßen- und Wegebau.
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Viele nanotechnologische Lösungsansätze befinden sich im Bereich Energie und Klimaschutz
noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium. Windkraftanlagen können z. B. durch die
Verwendung von nanoskaligen Polymerkompositen zur Konstruktion leichterer Rotorblätter
effizienter gebaut werden. Vielfältige Ansätze zur Optimierung sind zudem in der Solarzellentechnologie
zu sehen. Hier können Nanomaterialien zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades oder zu einer Reduzierung der Herstellungskosten beitragen. Energieeffiziente LED
(Light Emitting Diode) bzw. OLED (Organic Ligt Emitting Diode) sind ohne nanoskalige
Bestandteile nicht herzustellen. Der Umbau des Individualverkehrs hin zur Elektromobilität
ist eng gekoppelt an mobil einsetzbare Technologien zur Energieerzeugung oder -speicherung,
die durch Nanotechnologien effizienter gestaltet werden können. Die Reibungsverluste
durch bewegliche Bauteile in Verbrennungsmotoren können durch nanokristalline
Beschichtungen vermindert werden. In vielen industriellen Prozessen der chemischen Synthese
können darüber hinaus Nano-Katalysatoren die Reaktionsbedingungen mildern und
so zu einer Reduzierung der notwendigen Energie- und Stoffmengen beitragen. Neuartige
Dämmstoffe auf Basis nanotechnologischer Verfahren ermöglichen eine verbesserte Gebäudeisolierung.
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In der industriellen Produktion können konventionelle Korrosionsschutzverfahren zukünftig
durch nanokeramische Beschichtungen ohne toxische Schwermetalle ersetzt werden.
Modifizierte Nano-Keramiken in Autolacken erzeugen eine kratzfeste Oberfläche und
tragen so zu einer längeren Nutzungsdauer bei. Oberflächenbeschichtungen mit elektrisch
leitenden Nanomaterialien ermöglichen eine lösemittelfreie Pulverlackierung auch nicht leitender
Werkstücke. Nano-Ferrite in Industrieklebstoffen können durch induktive Anregung
die zur Aushärtung benötigte Wärme direkt im Klebstoff erzeugen. Der Klebeprozess ist
schaltbar und zudem reversibel, wodurch ein Recycling der Materialien nach Nutzungsende
erleichtert wird.
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Die Ressourceneffizienz von Herstellungsprozessen und Produkten kann durch Nanomaterialien
wesentlich gesteigert werden, indem Werkstoffe bei gleichbleibenden oder gesteigerten
Qualitätsmerkmalen ein geringeres Gewicht aufweisen oder mit weniger Material hergestellt
werden können (z. B. nanoporöse Metallschäume). Insbesondere im Luft- und
Kraftfahrzeugbau resultieren diese Bestrebungen in einer Gewichtsoptimierung und
einem in der Folge verringerten Treibstoffverbrauch.
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Erste nanotechnologische Anwendungen mit Umweltentlastungseffekten und hohem Innovations-
und Wertschöpfungspotenzial lassen sich in unterschiedlichsten Bereichen identifizieren.
Viele Anwendungen befinden sich allerdings noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium.
Der konkrete Beitrag von Nanomaterialien zu Umweltentlastungseffekten ist
außerdem oftmals schwer zu bemessen, da sie häufig nur einen Teil eines Gesamtsystems
darstellen und nicht allein ausschlaggebend sind. Insbesondere vor dem Hintergrund vieler
ungeklärter Fragen zur Bedeutung von Nanopartikeln für Umwelt und Gesundheit ist der
Einsatz von Nanomaterialien im Umweltbereich im Vergleich zu bestehenden konventionellen
Lösungen einer objektiven Nutzen-Risiko-Analyse zu unterziehen.
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