Der Mensch hat in seiner relativ kurzen Evolutionsgeschichte die natürliche Welt weitgehend erforscht und verändert. So ist es uns gelungen, nahezu jeden Ort der Erde zu erforschen und mit Hilfe von immer neuen innovativen Technologien, wie z. B. der Elektronik, das Leben zu erleichtern. Wir sind sogar in der Lage, unsere Erde, wenn auch nur kurzzeitig, mit Hilfe der Raumfahrttechnologien zu verlassen. Zudem können wir mit Hilfe der Genbiologie mittlerweile den Menschen selbst besser verstehen und teilweise auch verändern.
Eine neue innovative Technologie, die Gegenstand dieser Arbeit ist und enormes Potenzial zu weiteren weit reichenden Veränderungen hat, ist die Nanotechnologie. Mit ihr ist es möglich, Materialien auf atomarer Ebene herzustellen, zu strukturieren und zu verändern. Produkteigenschaften können damit nahezu beliebig verändert und neue winzige Maschinen und Werkstoffe entwickelt werden. Viele Visionen und Zukunftsszenarien werden heute bereits mit dieser Technologie verbunden. Einiges davon wird vermutlich nicht realisiert werden können, aber vieles was vor wenigen Jahrzehnten noch unvorstellbar war, ist heute bereits Realität. Die Forschung in diesem Bereich ist in vollem Gange, denn auch die ökonomische Bedeutung ist groß.
Diese Arbeit befasst sich weniger mit den technischen Elementen der Nanotechnologie; das Hauptaugenmerk liegt in einer Beschreibung der Technologiepotenziale anhand von Beispielen zu ihren Anwendungsmöglichkeiten, sowie ihren Bezug zur Nachhaltigkeit. Gleichzeitig sollen die mit der neuen Technologie verbundenen Risken und möglichen Strategien für ein zukünftiges Risk-Management aufgezeigt werden.
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Die Nanotechnologie
2.1 Definition und Anwendungsgebiete
2.2 Die ökonomische Bedeutung
3 Nachhaltige Nanotechnologie
3.1 Ökologische Nachhaltigkeit
3.2 Ökonomische Nachhaltigkeit
3.3 Soziale Nachhaltigkeit
3.4 Technikgestaltung durch Leitbilder
3.4.1 Ressourceneffiziente Nanotechnik
3.4.2 Konsistente und eigensichere Nanotechnik
3.4.3 Nanobionik
4 Nanotechnologische Risiken
4.1 Ausgewählte Bereiche eines komplexen Risikofeldes
4.1.1 Passive nanotechnische Produkte und die Produkthaftung
4.1.2 Aktive nanotechnische Produkte
4.2 Strategien eines erfolgreichen Risk - Managements
5 Schlussbemerkung
Literaturverzeichnis
Anhang
A1 Klinische Anwendung einer Nano-Krebstherapie
A2 Spinnenseide
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Größenskalen
Abbildung 2: Klinische Anwendung einer Nano-Krebstherapie
Abbildung 3: Spinnenseide unter dem Rastertunnelmikroskop
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Leitbilder einer nachhaltigen Nanotechnologie
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Einleitung
Der Mensch hat in seiner relativ kurzen Evolutionsgeschichte die natürliche Welt weitgehend erforscht und verändert. So ist es uns gelungen, nahezu jeden Ort der Erde zu erforschen und mit Hilfe von immer neuen innovativen Technologien, wie z.|B. der |Elektronik, das Leben zu erleichtern. Wir sind sogar in der Lage, unsere Erde, wenn auch nur kurzzeitig, mit Hilfe der Raumfahrttechnologien zu verlassen. Zudem können wir mit Hilfe der Genbiologie mittlerweile den Menschen selbst besser verstehen und teilweise auch verändern. Eine neue innovative Technologie, die Gegenstand dieser Arbeit ist und enormes Potenzial zu weiteren weit reichenden Veränderungen hat, ist die Nanotechnologie. Mit ihr ist es möglich, Materialien auf atomarer Ebene herzustellen, zu strukturieren und zu verändern. Produkteigenschaften können damit nahezu beliebig verändert und neue winzige Maschinen und Werkstoffe entwickelt werden. Viele Visionen und Zukunftsszenarien werden heute bereits mit dieser Technologie verbunden. Einiges davon wird vermutlich nicht realisiert werden können, aber vieles was vor wenigen Jahrzehnten noch unvorstellbar war, ist heute bereits Realität. Die Forschung in diesem Bereich ist in vollem Gange, denn auch die ökonomische Bedeutung ist groß.
Diese Arbeit befasst sich weniger mit den technischen Elementen der Nanotechnologie, das Hauptaugenmerk liegt in einer Beschreibung der Technologiepotenziale ||||anhand von Beispielen zu ihren Anwendungsmöglichkeiten, sowie ihren Bezug zur Nachhaltigkeit. Gleichzeitig sollen die mit der neuen Technologie verbundenen Risken und möglichen Strategien für ein zukünftiges Risk|-|Management aufgezeigt werden.
2 Die Nanotechnologie
2.1 Definition und Anwendungsgebiete
Eine international einheitliche Definition der Nanotechnologie ist bisher noch nicht gegeben, daher werden im Folgenden verschiedene Ansätze aufgezeigt[1].
Der Begriff Nanotechnologie wurde im Jahr 1974 an der Universität Tokio geprägt von Norio Taniguchi. Ihm zufolge beschreibt die Nanotechnologie als Oberbegriff für das Zusammenwirken verschiedener wissenschaftlicher Teilgebiete, die Herstellung von Materialien in den Größendimensionen eines Nanometers. Die Nanotechnologie ist keine neue Technologie im eigentlichen Sinne, sondern ein Sammelbegriff für eine weite Palette von Technologien, die sich mit Strukturen und Prozessen auf der Nanometerskala befassen. Ein Nanometer (nm) entspricht einem millardstel Meter (10-9 m) und bezeichnet einen Grenzbereich, in dem mehr und mehr quantenphysikalische Effekte eine wichtige Rolle spielen. Das menschliche Haar ist ca. 80.000 nm dick, ein rotes Blutkörperchen ungefähr 7.000 nm groß, ein DNA-Molekül 2 – 2,5 nm und ein Wassermolekül ca. 0,3 nm. Die Nanotechnologie arbeitet damit auf der Ebene von Atomen und komplexen Molekülen. Die Ursprünge dieses Begriffs werden meist auf das Jahr 1959 datiert, in dem Richard Feynman eine Rede am California Institute of Technology (Caltech) mit dem Titel „There´s Plenty of Room at the Bottom“ hielt. Er sprach damals bereits über die gezielte Veränderung einzelner Atome als ein mächtiges neues Instrument in der synthetischen Chemie[2].
Abbildung 1: Größenskalen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: RWTH Aachen.
Eric Drexler vom amerikanischen Foresight Nanotech Institute erweiterte den Begriff der Nanotechnologie wie er von Taniguchi geprägt wurde derart, dass er Nanotechnologie als ein Studium von Phänomenen und einer Veränderung von Materialien in atomaren Größenordnungen versteht, mit dem Ziel die Möglichkeiten, die sich in der Welt dieser Größenordnung ergeben, zu verstehen und sich nutzbar zu machen. Nanotechnologie bedeutet für ihn das Formen, charakterisieren, Herstellen und Anwenden von Strukturen und Erfindungen, indem man ihre Gestalt und Größe auf einer nano-metrischen Ebene beeinflusst[3].
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung verwendet folgende Definition: „Nanotechnologie beschreibt die Herstellung, Untersuchung und Anwendung von Strukturen, molekularen Materialien, inneren Grenz- und Oberflächen mit mindestens einer kritischen Dimension oder mit Fertigungstoleranzen (typischerweise) unterhalb 100 Nanometer. Entscheidend ist dabei, dass allein aus der Nanoskaligkeit der Systemkomponenten neue Funktionalitäten und Eigenschaften zur Verbesserung bestehender oder Entwicklung neuer Produkte und Anwendungsoptionen resultieren. Diese neuen Effekte und Möglichkeiten sind überwiegend im Verhältnis von Oberflächen- zu Volumenatomen und im quantenmechanischen Verhalten der Materiebausteine begründet“[4].
Bedeutsam ist bei der Nanotechnologie, dass hier traditionell getrennte Wissenschaftsgebiete beginnen, sich miteinander zu vermischen. Die Forschung im Nano-meterbereich bringt eine Konvergenz von Physik, Chemie, Ingenieurwissenschaften und Biologie mit sich[5].
Die Anwendungsgebiete der Nanotechnologie scheinen immens zu sein. Versucht man diese in Kategorien zusammenzufassen, so dürften folgende fünf Bereiche die wichtigsten Anwendungsgebiete sein[6]:
1.|ultradünne Schichten: Die Anforderungen an Materialien werden immer komplexer. Sie sollen ressourcenschonend und zugleich hoch funktional sein. Mit Hilfe einer ultradünnen Beschichtung können die Eigenschaften von Materialien stark verbessert werden. Denkbar ist beispielsweise Kunststoffe mit ultradünnen, bioverträglichen Schichten zu versehen, um sie mit medizinischen Produkten zu verbinden.
2.|ultrapräzise Bearbeitung: Hier werden Oberflächen bearbeitet, bei denen es auf höchste Präzision ankommt. Dies betrifft u.|a. optische und ultraglatte Oberflächen von Datenspeichern.
3.|Nanomaterialien: Hierzu gehören z.|B. Nanotubes (siehe unten) und Nanopartikel, also kleinste, hochwirksame Teilchen, die man z.|B. in Sonnencremes für den Lichtschutzfaktor verwendet u.|v.|m.
4.|Spezielle Analysesysteme: Nanostrukturen können mit sichtbarem Licht nicht betrachtet werden. Dazu sind spezielle Techniken wie z.|B. die Rastersondentechnik notwendig. Sie fungiert quasi als Lupe zur Oberflächenbetrachtung sowie Messung von verschiedenen Eigenschaften wie Magnetismus oder Leitfähigkeit.
5.|Laterale Nanostrukturen: Hier handelt es sich um eine oberflächenbearbeitende Technik, bei der dreidimensionale Strukturen z.|B. das Anhaften von Schmutzpartikeln verhindern oder ein Wasser-Abperleffekt erzeugt werden kann.
Interessant ist darüber hinaus die Kombination der verschiedenen Anwendungsgebiete wie sie z.|B. im Bereich der Medizin erfolgt. Hier sind bereits zahlreiche Entwicklungen zu beobachten. So wird an der Berliner Charité seit vielen Jahren daran geforscht, wie die Nanotechnologie zur Krebsbekämpfung eingesetzt werden kann. Beispielsweise werden hier eisenoxydhaltige Partikel, die maximal 15 nm groß sind, in erkranktes Gewebe (z.|B. Tumore) injiziert. Die natürliche Abwehrreaktion des menschlichen Körpers gegen Fremdkörper, die oft Probleme in der Medizin bereitet, kann hierbei durch die Möglichkeit, diese winzigen Nanopartikel speziell zu beschichten, verhindert oder zumindest lange genug hinausgezögert werden. Die Partikel werden mit dieser speziellen, bereits patentierten Beschichtung, vom menschlichen Körper für Nährstoffe gehalten und vom erkrankten Gewebe entsprechend aufgenommen. Die Beschichtung verhindert zudem, dass gesunde Zellen diese Partikel ebenfalls aufnehmen. Anschließend wird außerhalb des menschlichen Körpers ein elektromagnetisches Wechselfeld aktiviert, welches die eisenoxydhaltigen Partikel erhitzt. Die Folge ist, dass das erkrankte Gewebe systematisch erhitzt und zerstört wird[7]. Nur mit dieser neuartigen Technologie seien derartige, im Vergleich zur klassischen Chemotherapie schonende, Verfahren möglich[8].
Ein weiteres Beispiel ist der Automobilsektor. Mit Hilfe von Nanotechnologie ist es denkbar, dass Autos intelligent auf Umwelteinflüsse reagieren. Autoscheiben könnten sich z.|B. bei intensiver Sonneneinstrahlung automatisch verdunkeln, Reifen mit spezieller Nanobeschichtung haben heute bereits bessere Haftungseigenschaften auf verschiedenen Straßenbelägen und das Gewicht von Fahrzeugkarosserien könnte wesentlich vermindert werden durch die Verwendung von nanotechnisch optimierten Materialien. Zudem wird Potenzial in der Verbesserung der Verbrennungsmotoren ge-sehen, was u.|a. die Optimierung des Kraftstoffverbrauchs sowie die Abgasreinigung angeht[9].
Des Weiteren bergen ganz neue Materialien wie die bereits angesprochenen Nano-tubes, die im Prinzip Nanoröhrchen aus Kohlenstoff sind, Möglichkeiten von denen man bisher nur träumen konnte. Mit Hilfe der Nanotubes sollen u.|a. Computerchips revolutioniert werden. Sind der Entwicklung von Speicherchips heute immer mehr physikalische Grenzen gesetzt, so könnten Nanotubes dafür sorgen, dass diese Grenzen überwunden werden. Forscher versprechen sich von Computerchips, die Elemente aus Nanotubes enthalten, enorme Geschwindigkeits- und Kapazitätszuwächse, da diese winzigen Kohlenstoffröhrchen in der Lage sind, Strom tausendmal besser zu leiten als Kupfer und dies bei gleichzeitig minimaler Hitzeentwicklung. Die Vorstellung einen Computer einzuschalten wie eine Lampe, und dann sofort mit der Arbeit beginnen zu können, weil der Speicherchip die komplette Software auch ohne Stromversorgung ständig einsatzbereit hält, soll damit bald schon Realität werden. Für die Computerbranche wäre dies eine Revolution. Das Entstehen von Rechenkapazitäten ungeahnten Ausmaßes würde unsere Welt verändern, denn sämtliche Geräte, die mit Speicherchips funktionieren (Mobiltelefone, Kraftfahrzeuge, Digitalkameras, Maschinen, medizinische Geräte etc.), würden einen enormen Leistungszuwachs erfahren[10]. Nanotubes sind so vielseitig einsetzbar, dass Forscher damit z.|B. auch Zugseile für einen Aufzug in den Weltraum herstellen oder in ihnen Wasserstoff speichern wollen, was u.|a. der Brennstoffzellentechnologie einen Schub bereiten könnte[11].
[...]
[1] Vgl. BMBF (2004), S. 15.
[2] Vgl. Allianz (2005), S. 6.
[3] Vgl. Allianz (2005), S. 6.
[4] BMBF (2004a), S. 7.
[5] Vgl. Fleischer; Grunwald (2005), S. 137.
[6] Zu den fünf Kategorien vgl. Schmidt (2001), S. 84.
[7] Zum Ablauf einer solchen Therapie siehe Anhang A1, Abbildung 2.
[8] Vgl. Nanostart investments (2005).
[9] Vgl. NanoMobil (2005).
[10] Vgl. Hohensee (2005), S. 77f.
[11] Vgl. ebenda.
- Arbeit zitieren
- Dipl. oec. Patrik Egeler (Autor:in), 2005, Nanotechnologie - Was kommt auf uns zu?, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/50093
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