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Die Innovationsgesellschaft mbH
Lerchenfeldstrasse 5, CH-9014 St.Gallen
Tel. +41 71 278 02 04, info@innovationsgesellschaft.ch
www.innovationsgesellschaft.ch
Nanotechnologien in der
Industrie
Einblick in verschiedene Anwendungen
Autor: Andreas Beck
Datum: März 2014
© 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH
Gas- und Dampfturbinen
1
Wenn bei Gasturbinen die zulässigen Heißgastemperaturen auf
über 1600 °C gesteigert werden können, so lässt sich der
Wirkungsgrad von Kraftwerken von 45 Prozent auf deutlich über
60 Prozent steigern.
Nanowerkstoffe können mithelfen, dieses Ziel zu erreichen.
Bildquelle: © Siemens AG
© 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH
Elektrische Energiespeicher
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Batterien und Akkus
können durch den Einsatz
von Nanotechnologie
verbessert werden.
Wirkungsgrade sowie
Energie- und
Leistungsdichte lassen
sich so optimieren.
Quelle: http://www.hessen-nanotech.de/mm/NanoEnergie_web.pdf
Bildquelle: © Evonik Degussa GmbH
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Solarzellen
3
Nicht nur reflexfreie Oberflächen verbessern den
Wirkungsgrad. Auch durch das Design von Oberflächen
und Schichtstrukturen auf der Nanoebene lässt sich der
Zellaufbau bei allen Solarzelltypen optimieren.
Bildquelle: © View7 – Fotolia.com
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Windkraftwerke
4
Die Verwendung von
Kompositmaterialien mit
Kohlenstoffnanoröhren (CNT)
führen zu leichten und hochfesten
Rotorblättern.
Durch Verfahren der Nano-
strukturierung könnten der Natur
entlehnte Effekte genutzt werden,
die der Entstehung von Luftwirbeln
bei Rotorblättern entgegenwirken
und dadurch den Geräuschpegel
von Windrädern reduzieren und den
Energieeintrag optimieren.
Bildquelle: © Michael Flippo - Fotolia
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Intelligente Stromnetze
5
Für die zukünftige Stromverteilung
sind Stromnetze erforderlich, die
ein dynamisches Last- und
Fehlermanagement sowie eine
bedarfsgesteuerte Energie-
versorgung mit flexiblen
Preismechanismen ermöglichen.
Nanotechnologien könnten
wesentliche Beiträge zur
Realisierung dieser Vision liefern,
beispielsweise durch nano-
sensorische und leistungs-
elektronische Komponenten, die
die äusserst komplexe Steuerung
und Überwachung derartiger
Stromnetze bewältigen können.
Bildquelle: © RWE
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Thermische Isolierung
6
Nanoporöse Materialien bieten aufgrund ihrer Porengrösse Potenziale
für hocheffiziente Dämmmaterialien.
Solche Schaumstoffe hätten derart gute Wärmedämmeigenschaften,
dass die benötigte Dämmstoffdicke bei gegebener Dämmleistung um
mehr als die Hälfte reduziert werden könnte.
Bildquelle: © BASF
Nanoporöser
Polymerschaum
© 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH
Kraftstoffeinsparung
7
Der Kraftstoffverbrauch wird bei modernen Motoren zu etwa
10-15 Prozent von der Motorreibung bestimmt.
Nanokristalline Beschichtungswerkstoffe, aufgetragen auf die
Zylinderwand, verringern Reibung und Verschleiß und damit den
Kraftstoffverbrauch.
Bildquelle: public domain image, Wikimedia Commons
© 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH
Ultrahochfester Beton
8
Dank ultrahochfestem Beton mit nanoskaligem Gefüge
können Konstruktionen filigraner und leichter gebaut
werden. Dadurch erreicht man auch eine wesentliche
Materialeinsparung.
Bildquelle: © Universität Kassel
© 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH
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9
Durch nanoskalige semipermanente Schutzschichten
können Umformprozesse bei der Herstellung von
Stahlteilen effektiver gestaltet werden.
Bildquelle: © Rainer Halama, Wikimedia Commons
© 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH
Schneidenwerkstoffe
10
Werkzeuge zur Bearbeitung von
speziellen Aluminiumlegierungen
werden mit nanokristallinen,
glatten Diamantschichten
überzogen.
Dadurch kann der
Aufbauschneidenbildung
erfolgreich entgegen gewirkt
werden.
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Nano-Elektronik
11
Die Elektronikbauteile werden immer kleiner.
Kohlenstoffnanoröhrchen ersetzen herkömmliche
Silicium-Halbleiter.
Bildquelle: © TU Dresden
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Nanomedizin
12
Medizinische Nanoroboter könnten Viren und Krebszellen
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Diese Produkte sind heute noch Science Fiction. Ob dafür
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Nanotechnologien in der Industrie

  • 1. Die Innovationsgesellschaft mbH Lerchenfeldstrasse 5, CH-9014 St.Gallen Tel. +41 71 278 02 04, info@innovationsgesellschaft.ch www.innovationsgesellschaft.ch Nanotechnologien in der Industrie Einblick in verschiedene Anwendungen Autor: Andreas Beck Datum: März 2014
  • 2. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Gas- und Dampfturbinen 1 Wenn bei Gasturbinen die zulässigen Heißgastemperaturen auf über 1600 °C gesteigert werden können, so lässt sich der Wirkungsgrad von Kraftwerken von 45 Prozent auf deutlich über 60 Prozent steigern. Nanowerkstoffe können mithelfen, dieses Ziel zu erreichen. Bildquelle: © Siemens AG
  • 3. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Elektrische Energiespeicher 2 Batterien und Akkus können durch den Einsatz von Nanotechnologie verbessert werden. Wirkungsgrade sowie Energie- und Leistungsdichte lassen sich so optimieren. Quelle: http://www.hessen-nanotech.de/mm/NanoEnergie_web.pdf Bildquelle: © Evonik Degussa GmbH
  • 4. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Solarzellen 3 Nicht nur reflexfreie Oberflächen verbessern den Wirkungsgrad. Auch durch das Design von Oberflächen und Schichtstrukturen auf der Nanoebene lässt sich der Zellaufbau bei allen Solarzelltypen optimieren. Bildquelle: © View7 – Fotolia.com
  • 5. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Windkraftwerke 4 Die Verwendung von Kompositmaterialien mit Kohlenstoffnanoröhren (CNT) führen zu leichten und hochfesten Rotorblättern. Durch Verfahren der Nano- strukturierung könnten der Natur entlehnte Effekte genutzt werden, die der Entstehung von Luftwirbeln bei Rotorblättern entgegenwirken und dadurch den Geräuschpegel von Windrädern reduzieren und den Energieeintrag optimieren. Bildquelle: © Michael Flippo - Fotolia
  • 6. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Intelligente Stromnetze 5 Für die zukünftige Stromverteilung sind Stromnetze erforderlich, die ein dynamisches Last- und Fehlermanagement sowie eine bedarfsgesteuerte Energie- versorgung mit flexiblen Preismechanismen ermöglichen. Nanotechnologien könnten wesentliche Beiträge zur Realisierung dieser Vision liefern, beispielsweise durch nano- sensorische und leistungs- elektronische Komponenten, die die äusserst komplexe Steuerung und Überwachung derartiger Stromnetze bewältigen können. Bildquelle: © RWE
  • 7. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Thermische Isolierung 6 Nanoporöse Materialien bieten aufgrund ihrer Porengrösse Potenziale für hocheffiziente Dämmmaterialien. Solche Schaumstoffe hätten derart gute Wärmedämmeigenschaften, dass die benötigte Dämmstoffdicke bei gegebener Dämmleistung um mehr als die Hälfte reduziert werden könnte. Bildquelle: © BASF Nanoporöser Polymerschaum
  • 8. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Kraftstoffeinsparung 7 Der Kraftstoffverbrauch wird bei modernen Motoren zu etwa 10-15 Prozent von der Motorreibung bestimmt. Nanokristalline Beschichtungswerkstoffe, aufgetragen auf die Zylinderwand, verringern Reibung und Verschleiß und damit den Kraftstoffverbrauch. Bildquelle: public domain image, Wikimedia Commons
  • 9. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Ultrahochfester Beton 8 Dank ultrahochfestem Beton mit nanoskaligem Gefüge können Konstruktionen filigraner und leichter gebaut werden. Dadurch erreicht man auch eine wesentliche Materialeinsparung. Bildquelle: © Universität Kassel
  • 10. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Stahlumformung 9 Durch nanoskalige semipermanente Schutzschichten können Umformprozesse bei der Herstellung von Stahlteilen effektiver gestaltet werden. Bildquelle: © Rainer Halama, Wikimedia Commons
  • 11. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Schneidenwerkstoffe 10 Werkzeuge zur Bearbeitung von speziellen Aluminiumlegierungen werden mit nanokristallinen, glatten Diamantschichten überzogen. Dadurch kann der Aufbauschneidenbildung erfolgreich entgegen gewirkt werden. Bildquelle: © GSP Zborovice, Wikimedia Commons
  • 12. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Nano-Elektronik 11 Die Elektronikbauteile werden immer kleiner. Kohlenstoffnanoröhrchen ersetzen herkömmliche Silicium-Halbleiter. Bildquelle: © TU Dresden
  • 13. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH Nanomedizin 12 Medizinische Nanoroboter könnten Viren und Krebszellen zerstören, beschädigte Strukturen reparieren, angesammelte Abfälle aus dem Gehirn entfernen und dem Körper wieder jugendliche Gesundheit bescheren. Diese Produkte sind heute noch Science Fiction. Ob dafür jemals solche Nano-Roboterarmeen eingesetzt werden, bleibt fraglich. Bildquelle: © Guillermo Lobo – Fotolia.com