Frequently Asked Questions, Sicherheit von Nanomaterialien

Das war bis vor einigen Jahren wohl so, aber in der Zwischenzeit gibt es ISO Definitionen zu verschiedenen Aspekten (siehe "Was ist Nanotechnologie?"). Mit Nanotechnologie hat man es immer dann zu tun, wenn drei Kriterien erfüllt sind:

• Stoffe mit charakteristischen Größen zwischen 1-100 nm (also wirklich klein)
• Eigenschaften der Stoffe sind größenabhängig wie z.B. Farbe
• Stoffe können gezielt technisch hergestellt werden

Das gilt nur für die molekulare Nanotechnologie (Kim Eric Drexler), die aktuellen Nano-Anwendungen haben schon ein Marktvolumen zwischen 200 und 300 Mrd. Euro weltweit.

In der Tat können einige Anwendungen zur Erzielung sauberer Oberflächen Nanoeffekte nutzen. Der eigentliche Lotuseffekt arbeitet aber nicht mit Nanostrukturen. Saubere Oberflächen sind vermutlich deshalb relevant, weil diese Effekte für jeden im Alltag sichtbar/wünschenswert sind. Aber das ist nur ein sehr kleiner Ausschnitt der Nanotechnologie (siehe "Wo steckt Nano drin?").

Dafür gibt es keine allgemeine Regel, es gibt keine Nanotoxikologie, die nur darauf basiert, dass Nanomaterialien per-se gefährlich sind. Entscheidend ist immer die Exposition mit Nanomaterialien z.B. Stäuben. Diese sollte so klein wie möglich sein, das kennt man auch aus  der Diskussion zu Feinstaubbelastungen.

Das gilt in einigen Fällen z.B. bei der Elektronik, die seit Jahren charakteristischen Strukturelementen unterhalb 100 nm nutzt oder auch der Optik. Es gibt jedoch viele Fälle in denen Reinräume und teure Anlagen wie z.B. Molekularstrahlepitaxie etc. nicht nötig sind. Das gilt vor allem für die chemische Nanotechnologie, die oft mit klassischen chemischen Reaktorsystemen arbeiten kann.

Viel davon gibt es in der Tat schon lange (Tinten, Färbung von Gläsern etc.) aber erst in den letzten Jahrzehnten konnte durch verbesserte Nanoanalytik der Grund für die Effekte verstanden werden. Chemie geht in der Tat mit sehr kleinen Strukturen um, aber von Nanotechnologie kann man in diesem Bereich nur sinnvoll reden, wenn man mit einzelnen Atomen/Molekülen arbeitet, was eher selten vorkommt.

Jede neue Technologie beginnt mit hohen Erwartungen, die üblicherweise nicht in der ursprünglichen Form umsetzbar sind. Hier unterscheidet sich Nano nicht von anderen Technologien. Auch hier gab es einen Hype, der allerdings in der Zwischenzeit abgeflaut ist. Jetzt befindet sich die Nanotechnologie in den „Mühen der Ebenen“. Es kann noch etwas dauern bis sich viele der Erwartungen doch erfüllen, aber die Produktivität von Nano steigt weiter an. Nano als Werkzeug der Materialentwicklung wird nicht verschwinden, auch wenn der Begriff in Zukunft weniger genannt wird.

Nicht notwendigerweise, sofern man mit weniger Material Effekte erzielen kann oder Prozessschritte einspart. Wenn Nano keine Vorteile bietet, wird natürlich kaum jemand Nano einsetzen.

Das gilt sicher, wenn man einzelne Anwendungen bzw. Prozessschritte betrachtet. Allerdings muss für eine Gesamtbetrachtung natürlich auch die Energie-/Ressourceneffizienz für die Herstellung der Nanomaterialien betrachtet werden.

Es gibt oft Alternativen zu Nanolösungen, aber in einigen Fällen ist die Entscheidung Nano oder nicht relativ einfach bzw. ohne Alternative z.B.

• bei der Imprägnierung von porösen Stoffen (Keramik, Beton etc.). Wenn die Teilchen zu groß sind kann man kleine Poren nicht füllen…
• Füller für den Einsatz in Mikrosystemen, dünnen Schichten oder Fasern: je kleiner das System, umso kleiner muss auch der Füller sein. Die ständige Miniaturisierung braucht also mehr Nano.
• Füllstoffe für transparente Systeme z.B. zur mechanischen Verstärkung. Nur wenn die Nanofüller klein genug sind, findet keine unerwünschte Lichtstreuung statt.
• Erhalt der optischen, haptischen und Wärmeleitungseigenschaften von Substraten. Nur wenn die Schicht sehr dünn ist bleibt der optische Eindruck erhalten, die Mechanik des Substrates (Härte) setzt sich durch und bei Wärmeübertragungsprozessen wird nur ein geringer Wärmewiderstand entgegengesetzt (Wärmetauscher).
• Stofftrennung von kleinen Molekülen/Gasen: Nur wenn die Nanoporen klein genug sind ist die Abtrennung erfolgreich z.B. bei der Wasserreinigung mit keramischen Membranen

Das gilt nur relativ eingeschränkt, da mit wenig Nanomaterial viel Effekt erzielbar ist, sind viele Nanomaterialien nicht in hohen Mengen einzusetzen. Die Wertschöpfung ist am höchsten im Bereich der Vorprodukte/Halbzeuge, da hier das wesentliche Knowhow zur Verarbeitung von Nanomaterialien zum Tragen kommt