Innovationspotentiale neuer Technologien - Bewertung des Einsatzes von Nanotechnologien in der Umweltechnik

Einleitung
Neue Technologien besitzen ein großes Innovationspotenzial für traditionelle Industrien und Produktionszweige. Dies gilt insbesondere für die Mikro- und Nanotechnologie. Sie kann gänzlich neue technische Anwendungen und Produkte schaffen, indem gezielt physikalische und chemische Eigenschaften von Materialien und Werkstoffen genutzt und beeinflusst werden. Deutsche Technologieunternehmen können auf diese Weise neue, konkurrenzfähige Produkte und Dienstleistungen mit innovativen Eigenschaften für den Weltmarkt entwickeln.

Umwelttechnik wiederum ist seit jeher ein Anwendungsfeld für innovative Technologien. Auf dem internationalen Markt gehören deutsche Unternehmen zu den Führenden. Daher war es für das Ministerium für Umwelt und Verkehr Baden-Württemberg von Interesse, die Einsatzmöglichkeiten der Mikro- und Nanotechnologie in der Umwelttechnik analysieren und bewerten zu lassen, um Umwelttechnikunternehmen im Land den Technologietransfer zu erleichtern.

Das Fraunhofer IAO führte hierzu im Auftrag des Ministeriums eine Studie mit dem Titel "Zukunftspotenziale der Mikro- und Nanotechnologie als Schlüsseltechnologie für die Umwelttechnik in Baden-Württemberg" durch.

Vorgehensweise
Ziele der Studie war, den Einsatz der Mikro- und besonders der Nanotechnologie in der Umwelttechnik abzuschätzen und zu bewerten. Dabei sollten bereits vorhandene und zukünftige Potenziale identifiziert werden, um Forschungs- sowie Technologieunternehmen in Baden-Württemberg den Einstieg in die neue Technologie zu ermöglichen bzw. den Transfer zu erleichtern. Zusätzlich sollten zukünftige Förder- und Forschungsfelder identifiziert werden, um das Land Baden-Württemberg bei Entscheidungen über eine zukünftige Forschungspolitik zu unterstützen.

Im Rahmen der Studie führte das Fraunhofer IAO folgende Schritte durch:

• Zunächst wurde der Statuts-Quo der Nanotechnologie durch die Analyse von Literatur, Forschungsprojekten und Patenten international, national und regional bewertet
• In einem zweiten Schritt ermittelte das Fraunhofer IAO in einer Expertenbefragung (Delphi) mit führenden nationalen Wissenschaftlern und Anwendern Schlüsselfelder der Nanotechnologie
• Schließlich identifizierte und bewertete das Fraunhofer IAO Anwendungsfelder der Nanotechnologie in der Umwelt­technik, indem Funktionalitäten der Nano­technologie mit Anwendungen der Umwelttechnik abgeglichen wurden (Mapping)
• In zusätzlichen Schritten erfolgte ein Abgleich der Ergebnisse mit den wirtschaftlichen Strukturen, Zielgruppen und Sektoren im Bundesland Baden-Württemberg. Schließlich wurden regionale Förder- und Unterstützungsmaßnahmen identifiziert.

Die zentralen Ergebnisse der Studie können anhand der folgenden Punkte zusammengefasst werden:

Generelle Trends in Umwelttechnik und Umweltpolitik Auf Grundlage von Trends in der Umwelttechnik und der Umweltpolitik wurde ein wachsender Bedarf an Umwelttechnik sowie an umwelttechnischen Anwendungen weltweit identifiziert. Daraus ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für deutsche Anbieter von Umwelttechnik und ein technischer Weiterentwicklungsbedarf auf diesem Gebiet. Nanotechnologie kann in diesem Zusammenhang für verschiedene Anwendungen viel versprechende Innovationspotenziale liefern.

Forschungsprogramme national und international im Vergleich
Obwohl Deutschland nach den USA und Japan zu den finanzstärksten Förderern der nanotechnologischen Forschung zählt, wird bisher so gut wie keine Forschung für den Einsatz von Nanotechnologie in der Umwelttechnik betrieben. Während die nanotechnologische Forschung stark von den wissenschaftlichen und technologischen Möglichkeiten angetrieben wird, orientiert sich die Umwelttechnik besonders an Reduktionszielen. Bisherige Anwendungen von Mikro- und Nanotechnologie in der Umwelttechnik sind daher meist zufälliger Natur.

Patent Analyse:
Deutschland nimmt bezüglich der angemeldeten Patente in der Nanotechnologie im internationalen Vergleich eine Spitzenstellung ein. Allerdings werden die Patente in der Mehrzahl von großen internationalen Konzernen aus der Grundstoff- und der Chemieindustrie sowie von Start-Ups gehalten und stehen damit kleinen und mittleren Unternehmen der Umwelttechnik nur z.T. zur Verfügung.

Funktionalitäten-Anwendungs-Karte (Mapping):
Um die Anwendungspotenziale der Mikro- und Nanotechnologie in der Umwelttechnik zu bewerten, stellte das Fraunhofer IAO Funktionalitäten der Nanotechnologie möglichen Anwendungsfeldern in der Umwelttechnik gegenüber. Die Ergebnisse dieses Vergleichs wurden in einer Funktionalitäten-Anwendungs-Karte zusammengefasst (siehe Abbildung 2) und zeigen, dass die vielversprechendsten Einsatzfelder für die Nanotechnologie in der Umwelttechnik in den folgenden Feldern liegen:

• katalytische, ad- und absorbierende Prozesse (Wasseraufbereitung, Abwasserreinigung, Schadstoffreduktion, etc.)
• Oberflächen mit ausgewiesenen umweltfreundlichen Eigenschaften
• die Analytik sowie Energiesysteme, hier besonders Brennstoffzellen und Photovoltaik

Angebote und Dienstleistungen des Fraunhofer IAO
Die Ergebnisse der Studie illustrieren, dass neue Technologien ein großes Innovationspotenzial für traditionelle Industrien und Produktionszweige beinhalten können. Oftmals müssen für den Technologietransfer aber die Einsatzmöglichkeiten sowie der Mehrwert oder Nutzen, der durch den Einsatz entstehen kann, systematisch analysiert und bewertet werden.

Für die Nutzung der Nanotechnologie ist es notwendig, dass ein Wissenstransfer zwischen traditionellen und neuen Technologien erfolgen kann und die Erfordernisse zukünftiger Märkte konsequent mitgedacht werden. Technologie-Push und Market-Pull müssen zielführend miteinander verzahnt werden, indem technologisches Lösungspotenzial mit Kundenanforderungen in Übereinstimmung gebracht werden.

Im Falle der Studie zur Anwendung der Nanotechnologie in der Umwelttechnik wurde dies erreicht, indem Anwendungsmöglichkeiten systematisiert sowie Funktionalitäten der Nanotechnologie beschrieben wurden. Die Funktionaliäten-Anwendungs-Karte, die im Rahmen der Studie erstellt wurde, kann durch das Ministerium für Umwelt und Verkehr Baden-Württemberg und Unternehmen des Landes als eine erste Roadmap für den Technologietransfer zwischen Nanotechnologie und der Umwelttechnik genutzt werden.

Auftraggeber: Ministerium für Umwelt und Verkehr Baden-Württemberg