Das Dokument von der Innovationsgesellschaft mbH beschreibt verschiedene Anwendungen von Nanotechnologien in der Industrie, die erhebliche Effizienzsteigerungen ermöglichen, wie etwa die Verbesserung von Gasturbinen, Batterien, Solarzellen und Windkraftwerken. Darüber hinaus wird die Rolle von Nanomaterialien in der thermischen Isolierung, Kraftstoffeinsparung sowie in der Nanomedizin thematisiert. Die Untersuchung reicht von der Entwicklung ultrahochfester Materialien bis hin zu nanoskaligen Elektronikkomponenten, die traditionelle Materialien und Verfahren revolutionieren könnten.

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Nanotechnologien in der
Industrie
Einblick in verschiedene Anwendungen
Autor: Andreas Beck
Datum: März 2014

2. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH
Gas- und Dampfturbinen
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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
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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

4. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH
Solarzellen
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Die Elektronikbauteile werden immer kleiner.
Kohlenstoffnanoröhrchen ersetzen herkömmliche
Silicium-Halbleiter.
Bildquelle: © TU Dresden

13. © 2014 – Die Innovationsgesellschaft, mbH
Nanomedizin
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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