Innovation

Schon erstaunlich, was Nanotechnologie alles kann

Japaner, Chinesen, Koreaner – seit Jahren tüfteln Forscher in Laboren an der fantastischen Nanotechnik herum: Jetzt staunen die Europäer auf der weltgrößten Nanomesse in Tokio, was asiatische Firmen so alles zustande bringen: Zum Beispiel Strom erzeugende Pflanzen oder Decken, die immer warm sind.

Unfreiwillige Schlitterpartien, gebrochene Knochen, Hexenschuss durch Schnee schippen – die Zumutungen dieses Winters, des Winters überhaupt sind überwunden. Wie kommt's? Durch ein Hightech-Trottoir aus Japan. Unter halbsibirischen Bedingungen wird auf der nordjapanischen Insel Hokkaido gerade die neueste Generation eines beheizten Gehwegs getestet. Der Schnee schmilzt dort elektrisch, dank Nanotechnik aus Deutschland.

Das Geheimnis ist CNTEC, ein unscheinbarer schwarzer Kunststofffaden der japanischen Firma Kuraray. Diese hat die Fäden mit „Baytubes“ bedruckt, wenige Nanometer kleine Kohlenstoffröhrchen aus dem deutschen Hause Bayer in Leverkusen. Das japanische Unternehmen hat die Fäden elektrisch leitfähig gemacht und sie zu einer Heizdecke verwoben. Für die Bürgersteig-Heizung ummantelte Kuraray den Nano-Stoff wasserdicht mit Gummimatten und versenkte das Ganze im Asphalt. Kurarays heimlicher Star ist jedoch ein kuscheliges Heizdeckchen, das nach demselben Nano-Prinzip funktioniert.

Das Gewebe hat es auf der Nanotech in Tokio, Asiens größter Messe für Nanotechnik, sogar zur Attraktion gebracht – obwohl es die Leute von Bayer auf dem deutschen Stand einfach mal so auf einem Plastikstuhl weggelegt hatten. Im Gegensatz zu bisherigen Metalldrahtmodellen wärme diese Baytube-Anwendung flächig und robust, sagt Heiko Hocke von Bayer Material Science. Dann lenkt er den Blick des Besuchers nicht etwa auf die Produktion von Kohlenstoffröhrchen, sondern auf ein japanisches Nano-Hartgummirädchen. Dessen herausragende Eigenschaft: Es produziert striemenlos weniger Abrieb auf Fabrikböden und Firmenfluren. Auf so was Weltbewegendes muss man erst mal kommen.

Nanotechnik vielseitig einsetzbar

Dennoch steht die Welt vor einem Boom nanotechnisch aufgerüsteter Produkte. Von Arzneien über Batterien, Festplatten, Flachbildschirmen, Kosmetik, Kunststoffen bis hin zu Zelten – es gibt kaum ein Anwendungsfeld, auf dem sich Materialien oder Herstellungsverfahren zu leichteren, stärkeren, kleineren oder sonstwie verbesserten Produkten revolutionieren ließen als durch Nanotechnik.

Die Herstellung von Baytubes interessiere dabei längst niemanden mehr, sagt Bayer-Mann Hocke. „Dass wir Nanoröhren herstellen können, haben wir inzwischen bewiesen. Jetzt wollen alle von uns wissen, was sie damit anstellen können.“ Das kann den Hightechforschern seit Neuestem nicht alltäglich genug sein. Mit Toptechnik im All oder in luxuriös kostspieligen Nischenprodukten ist kein Geschäft zu machen, allerdings – die Sache hat aus europäischer Sicht einen Haken.

In der Forschung seien Deutschland und Japan auf Augenhöhe, sagt Michael Popall, Chef des Geschäftsfelds Mikrosysteme und mobile Energieversorgung des Fraunhofer-Instituts für Silikatforschung, „aber bei der Weiterentwicklung zu Produkten wird jeder Euro umgedreht.“ Zwar seien die Einnahmen im Krisenjahr 2009 um 25 Prozent gestiegen. Aber nur durch die Erfindungsfreude der Asiaten.

Omorcer bringt Licht ins Dunkel

Vor allem die Nachfrage nach Ormocer boomt, einem Hybridpolymer aus organischen und anorganischen Komponenten. Ormocer erhöht zum Beispiel die Effizienz von Leuchtdioden. Allein in Japan hat dieses deutsche Nano-Grundprodukt 21 Partnerunternehmen gewonnen. Nur bei LED-Lampen scheint sich Europa mit Osram und Philips derzeit als ebenbürtiger Wettbewerber bei Endverbraucherprodukten zu behaupten.

Die Nanotech hat sich inzwischen von einer Forschermesse zu einer Fundgrube für faszinierende neue Erfindungen gemausert. Der Iran und Russland stehen zwar noch am Rand der Messe. Aber die japanische Mitsubishi-Gruppe wartet gleich mit einem ganzen Bukett an Ideen auf, die mit den „Buckyballs“ von Mitsubishi Chemicals spielen. Ihren Spitznamen verdanken diese Moleküle ihrer ballähnlichen Anordnung von Kohlenstoffatomen. Die korrekte Bezeichnung ist Fullerene. Diese Fullerene seien wegen ihrer oxidationshemmenden Eigenschaften einem Komplettsortiment von Kosmetika beigemischt. Die Salben, Lotions, Cremes schützten die Haut besonders gut vor Alterung.

Zudem stellt Mitsubishi neben besonders leichten und robusten Badmintonschlägern und Snowboardbrettern eine Tasche des chinesischen Herstellers MeiGe Enertech aus, die mit fullerenhaltigen Solarzellen des US-Herstellers Konarka Strom erzeugt. Der Trick: Die Buckyballs ermöglichen die Fertigung organischer, nanodünner Schichtsolarzellen, die extrem flexibel sind – im Gegensatz zu den traditionellen anorganischen Silizium-Zellen auf Deutschlands Dächern. Was besonders verspielte Mitsubishi-Mitarbeiter auf die Idee brachte, eine Strom produzierende Plastikblume zu entwickeln.

„Endlich tritt die Nanotechnik in die kommerzielle Phase ein, nach jahrzehntelanger Grundlagenforschung“, sagt Daisuke Imai, stellvertretenden Nanotechnik-Geschäftsführer des Handelshauses Mitsubishi. Bislang allerdings konnten die 1991 entdeckten Buckyballs samt einigen Nanoröhrengeschwistern ihre wunderbare Wirkung nur in einer kleinen Zahl von Produkten entfalten. Allzu mühsam hatten die Mühlen in der Materialentwicklung gemahlt. Die ersten Produkte, auf die Japan sein ganzes Wissen um das potente Kohlenstoffpuder verwandte, waren Golfschläger. Nanotechnisch aufgerüstet schlugen Senioren ihre Golfbälle auf dieselben kraftvollen Flugbahnen wie 20 Lebensjahre zuvor. In Deutschland waren es Tennis- und in Finnland Eishockeyschläger.

Kleidung mit Extras

Nun allerdings geht es Schlag auf Schlag. Nach flexiblen Solarzellen sind bereits Textilien absehbar, die Sonnenlicht in Strom verwandeln. Die japanische Start-up-Firma Ideal Star hat einen Faden entwickelt, der dank einer Fulleren-Ummantelung zum Kraftwerk wird. Noch ist der Faden nur kurz, die Energieausbeute mit drei Prozent mager. Aber die Forscher hoffen auf zehn Prozent und eine ernste Konkurrenz mit Konarka. Die Gewebe sollen künftig sogar billiger sein als gewöhnliche Solarzellen.

Der Unterwäschehersteller Gunze wiederum hat atmungsaktive Unterwäsche aus Nanofasern entwickelt, die stärker Wasser und Wind abweisen und Wärme halten als bisherige Materialien. Andere Faserhersteller tüfteln derweil an feuerfester Kleidung für Feuerwehrleute.

Zudem hat Gunze ein Verfahren entwickelt, mit dem sich billig Touchscreenfolien herstellen lassen. Dies geschieht mit elektrisch leitfähiger Nano-Tinte. Ein Maschine druckt sie in feinen Linien auf eine Folie, die dann die Berührung und Bewegung von mehreren Dutzend Fingern gleichzeitig erfassen kann. So kann ein ganzes Team an demselben Bildschirm zusammenarbeiten oder in Game-Hallen gegeneinander spielen.

Zudem haben Forscher aus organisch-anorganischem Nano-Hybridmaterial durchsichtige Filme mit glasähnlichen Eigenschaften gefertigt. Einer lässt Reflexe verschwinden, ein anderer ist extrem kratzfest. Selbst Berührungen mit einem Bleistift des höchsten Härtegrades neun, den Lithografen zum Zeichnen auf harten Materialien verwenden, kann dem Schutzfilm kaum etwas anhaben. „Wir verzeichnen großes Interesse aus China und Taiwan“, sagt Akihiro Tanaka, der Chefingenieur von Gunzes Entwicklungszentrum für neue Geschäftsfelder. Mindestens ebenso robust ist die Beschichtung des mit Gunze verschwägerten Unternehmens GSI Creos. Dessen Kohlenstoffröhrchen schützen Schrauben für den Brückenbau oder auch Kugellagerkugeln gegen Abnutzung und Rost.

Asien hat die Nase vorn

Die Beispiele zeigen: Nanotechnik und die Manipulation von Materialien auf molekularer oder atomarer Ebene stoßen jetzt in den Alltag vor. Leichte und robuste Verbundwerkstoffe sind dabei, den Flugzeug- und Computerbau neu zu erschließen. Auch im Roboter- und Prothesenbau winken große Möglichkeiten. So entwickelt das zum Toyota-Konzern gehörende Unternehmen Toyoda Gosei zusammen mit der Tokyo-Universität aus elektrisch leitfähigem Kunststoff einen künstlichen Muskel, der haltbar ist und mit niedriger Stromspannung funktioniert.

Offen jedoch ist, welcher asiatische Staat im Rennen um die besten Nano-Produkte die Nase vorn haben wird. Japan wirft die extreme Breite, Tiefe und Qualität seiner Hightechindustrie in die Waagschale, Korea seine agilen Großkonzerne, China Rasanz, Wagemut und vor allem ein wachsendes Heer an Forschern und Ingenieuren. „Europäische Firmen müssen sich schon jetzt auf die unterschiedlichen Innovationskulturen gefasst machen“, sagt Atsushi Miyabo, der japanische Geschäftsführer des französischen Chemieunternehmens Arkema.


Chinesische Unternehmen schlügen zwar schnell zu, wenn der Preis attraktiv sei, sagt Miyabo. „Aber sie hören dafür halt manchmal nach einem Monat wieder auf.“ Japanische Unternehmen hingegen testen lange und intensiv und halten engen Kontakt zum Zulieferer. Wer ins Geschäft kommen will, müsse schon eine Vertretung oder gar wie Arkema Anwendungsforschung im Hochpreisland Japan unterhalten. Es sieht ganz danach aus, als hätte Old Europe nicht mehr viel Zeit zu verlieren.