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Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-nanotech.de

Hessen-Nanotech

NEWS Nanotechnologien im Energiesektor Nanoporöse Speichermaterialien REWITEC GmbH – Nanotech gegen Reibung und Verschleiß DEGUSSA-Projekthaus „Functional Film & Surfaces” Hessische Landesoffensive zur Exzellenzentwicklung Spezial: Nanozerkleinerung in Rührwerkskugelmühlen

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Nanotech Nanotech

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NanoEnergie: Innovationen zur Sicherung der Energieversorgung im 21. Jahrhundert Editorial

Die globale Energieversorgung steht angesichts des drohenden Klimawandels, einer kontinuierlich fortschreitenden Preisspirale auf den Energiemärkten sowie eines wachsenden Energiehungers aufstrebender Volkswirtschaften wie China und Indien vor sehr großen Herausforderungen. Langfristig wird sich der weltweite Energiebedarf nur durch die Umstellung unserer Energiewirtschaft auf CO2-neutrale Quellen, die Erschließung neuer regenerativer Energiequellen sowie eine wesentlich effizientere Energienutzung decken lassen. Die vor uns stehenden Aufgaben erfordern besondere Anstrengungen seitens der Energiewirtschaft, aber auch ein enges Zusammenspiel von Politik, Forschung, Industrie und Verbrauchern. Unser Ziel ist, preiswerte, sichere und umweltverträgliche Energie durch einen ausgewogenen Energiemix aus konventionellen und erneuerbaren Energien sowie Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung dauerhaft sicher zu stellen. Dies wird nur gelingen, wenn wir Innovations- und Effizienzpotenziale entlang der gesamten Wertschöpfungskette im Energiesektor — von der Gewinnung der Energieträger über Energiewandlung, -transport und -speicherung bis hin zur Energienutzung beim Endverbraucher — konsequent vorantreiben.

INHALT

Technologische Durchbrüche auf Basis der Nanotechnologien könnten den notwendigen Strukturwandel im Energiesektor entscheidend beflügeln. In dieser Ausgabe der Hessen-Nano-

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Editorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Technologie- und Firmennews . . . . . . . . 3 Thema im Fokus: Landes-Offensive zur Exzellenzentwicklung . . . . . . . . . . . . . . 4 Nanotechnologie in der Praxis: Potenziale der Nanotechnologien im Energiesektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Aus der Forschung: Nanoporöse Adsorptionsspeicher für gasförmige Energieträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

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tech NEWS möchten wir Ihnen einige Beispiele dafür präsentieren, wie Nano- und Materialtechnologien innovative und völlig neuartige Lösungsansätze für den Energiesektor ermöglichen können. Hessen hat mit seinen herausragenden Kompetenzclustern auf diesen Gebieten die einmalige Chance, sich im Spitzenfeld des Innovationswettbewerbes im Energiesektor zu positionieren. Mein Wunsch ist es, mit dem Thema Nano und Energie beide Fachszenen wechselseitig für die Anforderungen und Aufgabenstellungen zu sensibilisieren sowie ein Forum zum Austausch von Lösungsansätzen innovativer Nano- und Materialtechnologien für aktuelle Herausforderungen im Energiebereich zu etablieren. Hierdurch wollen wir dringend notwendige Innovationsprozesse in hessischen Unternehmen und der Wissenschaft anstoßen. Nur mit innovativen Hochtechnologie-Produkten und -Prozessen werden heimische Unternehmen zu den Gewinnern beim Aufbau der globalen Energiewirtschaft der Zukunft gehören und damit entscheidend zur nachhaltigen und ökologisch verantwortlichen Sicherung von Wohlstand und Energieversorgung in Hessen und der Welt beitragen können.

Dr. Alois Rhiel

Hessischer Minister für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung

Unternehmen im Fokus: . REWITEC GmbH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 Degussa-Projekthaus „Functional Films & Surfaces” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 Spezial: Nanozerkleinerung in Rührwerkskugelmühlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 Veranstaltungen/Termine . . . . . . . . . .16 Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16


Technologie- und Firmennews Projekte, Kontakte

EU führt Verhaltenskodex für Nanotechnologie ein

Eroberer der Nanowelt, Gerd Binnig, feierte seinen sechzigsten Geburtstag

Die EU-Kommission will bis Ende des Jahres 2007 einen freiwilligen Verhaltenskodex für eine verantwortungsbewusste Forschung im Bereich der Nanotechnologie vorlegen. Da eine spezifische Gesetzgebung in diesem Bereich derzeit noch nicht möglich ist, soll über den Verhaltenskodex zu einem sicheren Umgang mit der Nanotechnologie beigetragen werden.

Am 20. Juli 1947 wurde in Frankfurt am Main der Nobelpreisträger Dr. Gerd Binnig geboren. Zur Zeit als Binnig in Offenbach sein Abitur ablegte, schien es nicht möglich zu sein, einzelne Atome und Moleküle beobachten oder gar manipulieren zu können. Dies änderte sich jedoch drei Jahre nachdem er 1978 an der Johann-Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt erfolgreich seine Promotion im Fach Physik abgeschlossen hatte. Am IBM-Forschungslabor in Rüschlikon bei Zürich entwickelte er gemeinsam mit dem Schweizer Heinrich Rohrer das Rastertunnelmikroskop, das zum ersten Mal Einblicke in atomare Dimensionen gestattete. Hierfür erhielten beide gemeinsam mit Ernst Ruska 1986 den Nobelpreis in Physik. In Wetzlar wurde das Rastertunnelmikroskop noch vor der Preisverleihung erstmals zu einem kommerziellen Messsystem weiterentwickelt und vermarktet.

Im Rahmen einer Anhörung sind Vertreter aus Wissenschaft, Wirtschaft, Zivilgesellschaft, Politik und Medien sowie die allgemeine Öffentlichkeit aufgefordert, ihre Meinungen zur künftigen Handhabung dieses wachsenden Wissenschaftsbereichs sowie zu ethischen und gesellschaftlichen Fragen zu äußern. „Der heute begonnene Konsultationsprozess zeigt die Entschlossenheit der Kommission, das in den Nanowissenschaften steckende Potential mit der gebotenen Vorsicht zu entwickeln“, sagte der Kommissar für Wissenschaft und Forschung, Janez Potocnik.

http://ec.europa.eu/research/consultations/ pdf/nano-consultation_en.pdf

Russland investiert in Nanotechnologie Der russische Präsident Wladimir Putin will die Forschung im Bereich Nanotechnologie mit umgerechnet fünf Milliarden Euro fördern. Strukturell soll die Forschung durch den Zusammenschluss der wichtigsten Forschungseinrichtungen im Bereich Nanotechnologie verbessert werden. In die Forschung und Entwicklung neuer Produkte will der Staat bis 2010 knapp 1 Mrd. Euro investieren. Über ein föderales Zielprogramm und einen Fonds für Risikokapital sollen Gelder in die Nanobranche fließen. Das erklärte Ziel Russlands ist, in Zukunft bei der wirtschaftlichen Nutzung der Nanotechnologie international zur Führungsriege zu gehören.

Für die Erfindung des Rastertunnelmikroskops erhielt der Frankfurter Nanoforscher Gerd Binnig (hier als Student) 1986 den Nobelpreis für Physik. Dieses Gerät ermöglicht die atomgenaue Erforschung und Qualitätskontrolle von Nanostrukturen

Nanotechnologie im Bauwesen – NanoTecture Als Beitrag zur Hightech-Strategie der Bundesregierung mit besonderem Fokus auf Energieeinsparung und Klimaschutz fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) auf der Grundlage des Fachprogramms „Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft – WING” Forschungs- und Entwicklungs-Projekte zum Thema „Nanotechnologie im Bauwesen – NanoTecture”. Im Zentrum der Fördermaßnahme stehen nanotechnologische Verfahren und Nanomaterialien, die zu einer deutlichen Einsparung von Energie im Bauwesen beitragen können. Projektskizzen sind bis zum 30.11.2007 einzureichen. Passend zum Förderprogramm hat die Aktionslinie Hessen-Nanotech des Hessischen Wirtschaftsministeriums ihre Broschüre „Einsatz von Nanotechnologien in Architektur und Bauwesen“ veröffentlicht, die bei der Hessen Agentur kostenlos erhältlich ist. www.bmbf.de/foerderungen/10471.php www.hessen-nanotech.de (­Infos & Termine)

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LOEWE - Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz Thema im Fokus

Programm bringt zusätzlich 90 Millionen Euro im Jahr für die Forschungsförderung in Hessen LOEWE - Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz – ist der Titel des erstmals aufgelegten Forschungsförderungsprogramms, mit dem die Landesregierung wissenschaftspolitische Impulse setzen und die hessische Forschungslandschaft nachhaltig stärken will. Damit soll der Boden für die Ansiedlung weiterer, gemeinsam von Bund und Ländern finanzierter Forschungseinrichtungen bereitet werden. Nach einer Anlauffinanzierung in den Jahren 2008 mit 20 Millionen und 2009 mit 50 Millionen soll die hessische Forschung von 2010 an mit einem Volumen von jährlich 90 Millionen Euro gefördert werden. Davon können auch die Nanowissenschaften und die Nanotechnologien profitieren.

„Das neue Forschungsförderungsprogramm wird in Stufen aufgebaut. Mit der ersten Staffel des Programms sollen im Jahr 2008 vier bis fünf LOEWE-Zentren und fünf LOEWE-Schwerpunkte gefördert werden. Im Jahr 2010 wird das Programm sein volles Fördervolumen erreichen. Ab diesem Zeitpunkt sollen nach den Plänen der Landesregierung etwa 10 LOEWE-Zentren und 15 bis 20 LOEWE-Schwerpunkte finanziell unterstützt werden“, erläutert Birgit Maske-Demand, Leiterin der Geschäftsstelle im Hessischen Wissenschaftsministerium. Ein hochkarätig besetzter Programmbeirat wird die wissenschaftliche Qualität dieser Initiative garantieren. Er initiiert Begutachtungen durch unabhängige Gutachtergruppen und gibt Empfehlungen für die Förderentscheidungen. Der Programmbeirat stellt die Neutralität der Förderentscheidungen und die Zukunftsorientiertheit des Gesamtprogramms sicher.

Das Programm besteht aus drei Förderlinien: LOEWE - Zentren: Bei der Förderlinie 1 handelt es sich um thematisch fokussierte Forschungszentren zwischen außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Hochschulen oder ausschließlich an Hochschulen in Hessen. Die als autarke, aber dennoch nicht rechtlich selbstständige Einrichtungen aufgebauten Zentren sollen über eine Laufzeit von sechs bis gegebenenfalls neun Jahren mit einem Fördervolumen von jährlich zwei bis acht Millionen Euro ausgestattet werden. LOEWE - Schwerpunkte: Mit der Förderlinie 2 werden thematische Schwerpunktprojekte an hessischen Hochschulen oder zwischen Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen über einen Zeitraum von drei bis höchstens fünf Jahren mit jährlich 800.000 bis 1,5 Millionen Euro unterstützt. LOEWE - Verbundvorhaben: Durch die Förderlinie 3 wird die bereits erfolgreich laufende Förderstruktur der Modell- und Pilotprojekte gestärkt. Diese zielt insbesondere auf die Stärkung der Innovationskraft kleiner und mittlerer Unternehmen am Technologiestandort Hessen durch Zusammenarbeit mit den Hochschulen. Dadurch soll ein Beitrag zur Schaffung zukunftsorientierter Arbeitsplätze geleistet werden.

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Die Förderlinien 1 und 2 (Zentren und Schwerpunkte) werden vom Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst administrativ begleitet (Geschäftsstelle), die Förderlinie 3 wird von der Hessen-Agentur administriert.

Kontakt Förderlinien 1 und 2: Birgit Maske-Demand Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst, Abteilung II Rheinstraße 23-25 65185 Wiesbaden Tel.: 06 11 / 32 - 34 40, Fax: -32 95 E-Mail: Birgit.Maske-Demand@HMWK. Hessen.de Kontakt Förderlinie 3: Frank Syring HA Hessen Agentur GmbH Abraham-Lincoln-Straße 38-42 65189 Wiesbaden Tel.: 06 11 / 7 74 - 86 15, Fax: -86 20 E-Mail: frank.syring@hessen-agentur.de


Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-umwelttech.de

Innovationsradar Umweltrecht – Marktpotenziale für die Umwelttechnologie Informationsveranstaltung für Umwelttechnologieanbieter und -anwender am 19. September in Gießen und am 26. September in Kassel

Die Aktionslinie Hessen-Umwelttech des Hessischen Wirtschaftsministeriums lädt am 19. September in Gießen und am 26. September in Kassel zu einer Informationsveranstaltung ein. Dabei wird die Bedeutung der Gesetzgebung für die Umweltbranche erörtert und das Innovationsradar Umweltrecht der Aktionslinie HessenUmwelttech als Serviceangebot und Orientierungshilfe für Unternehmen vorgestellt. Die anspruchsvolle und dynamische Umweltgesetzgebung leistet einen wesentlichen Beitrag zur Vorreiterrolle, die Deutschland im Bereich der Umwelttechnologien einnimmt, und schafft interessante Marktchancen für innovative Technologien. Damit sich Unternehmen frühzeitig auf Änderungen des rechtlichen Rahmens und auf die zu erwartenden Marktentwicklungen einstellen können, bietet das Innovationsradar Umweltrecht einen regelmäßigen Überblick zu geplanten und kürzlich vollzogenen Neuerungen.

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onsradar Umweltrecht als sinnvolle Hilfestellung bei der unternehmerischen Planung herangezogen werden kann. Das Innovationsradar Umweltrecht bietet einen Überblick über marktrelevante Gesetzesänderungen in Europa, Deutschland und Hessen. Es umfasst die Segmente: „Energie und Klima“, „Luft und Industrieanlagen“, „Wasser und Abwasser“, „Abfall, Bodenschutz, Altlasten“, „Chemie“, „Produkte“ und „Verkehr“. Ein Team erfahrener Umweltexperten prüft regelmäßig die neuesten rechtlichen Entwicklungen auf ihre wirtschaftliche Bedeutung. Daraus gehen zwei Serviceangebote hervor: Die „Aktuellen Vorschriften“ werden monatlich aktualisiert und stehen im Internet unter www.hessen-umwelttech.de in der Rubrik Innovationsradar Umweltrecht zur Verfügung. Sie enthalten Angaben zum umweltpolitischen Kontext, zum Verfahrensstand sowie zu den wesentlichen Inhalten und den daraus resultierenden Marktchancen. Der „Umweltrechtsfahrplan“ erscheint alle drei Monate in den NEWS der Aktionslinie Hessen-Umwelttech und ist zusätzlich im Internet abrufbar. Er stellt eine kurze Zusammenfassung aktueller Rechtsakte dar und bietet eine schnelle Übersicht über Neuerungen, die über besondere Marktrelevanz verfügen.

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Das Innovationsradar wendet sich in erster Linie an Umwelttechnologieanbieter. Aber auch Unternehmen, die Umweltschutz im Betrieb anwenden, können sich hier informieren und anstehende Veränderungen bei ihrer betrieblichen Planung besser berücksichtigen. Auf den Informationsveranstaltungen werden Vertreter von Unternehmen und von der IHK erläutern, welche Bedeutung das Thema Umweltrecht aus ihrer Sicht hat und inwieweit das Innovati-

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Ansprechpartner Dr. Carsten Ott, HA Hessen Agentur GmbH Projektleiter Aktionslinie Hessen-Umwelttech Abraham-Lincoln-Straße 38-42, 65189 Wiesbaden Tel.: 06 11 / 7 74 - 83 50, Fax: -5 83 50 E-Mail: carsten.ott@hessen-agentur.de

Veranstaltungsorganisation / Anmeldung Heike Görlach, TransMIT GmbH Kerkrader Straße 3, 35394 Gießen Tel.: 06 41 / 9 43 64 - 20, Fax: -44 E-Mail: heike.goerlach@transmit.de

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Kooperationspartner

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Potenziale der Nanotechnologien im Energiesektor Nanotechnologie in der Praxis

Die Nanotechnologien haben als Schlüssel- und Querschnittstechnologien das Potenzial, um entscheidende technologische Durchbrüche im Energiesektor zu ermöglichen und damit wesentliche Beiträge für eine nachhaltige Energieversorgung zu liefern. Das Spektrum der möglichen Anwendungen der Nanotechnologien umfasst sowohl kurz- bis mittelfristige kontinuierliche Verbesserungen bei der Nutzung konventioneller und regenerativer Energiequellen als auch langfristig völlig neuartige Ansätze der Energieversorgung und -nutzung. Nanotechnologische Innovationen setzen hierbei an der gesamten Wertschöpfungskette im Energiesektor an. Effizienzsteigerungen und Verfahrensinnovationen sind in allen Teilbereichen von der Primärenergieerschließung über Energiewandlung, -übertragung und -speicherung bis zur Nutzung beim Endkunden möglich. Die vom Wirtschaftsminister Dr. Alois Rhiel eröffnete Impulsveranstaltung Nano Energie der Aktionslinie Hessen-Nanotech, in Kooperation mit dem Institut für Solare Energieversorgungstechnik, hat am 28. Juni in Hanau den Startschuss für einen Branchen und Fachszenen übergreifenden Dialog der beteiligten Akteure gesetzt. Primärenergieerschließung Nanotechnologien bieten wesentliche Verbesserungspotenziale bei der Erschließung sowohl konventioneller Energieträger (fossile und nukleare Brennstoffe) als auch regenerativer Energieformen wie Erdwärme, Sonne, Wind, Wasser, Gezeiten oder Biomasse. Durch nanobeschichtete, verschleißfestere Bohrsonden lassen sich beispielsweise die Lebensdauer und die Effizienz von Anlagen zur Erschließung von Erdöl- und Erdgaslagerstätten oder Erdwärme optimieren und damit Kosten sparen. Weitere Beispiele sind hochleistungsfähige Nanowerkstoffe für leichtere und stabilere Rotorblätter von Wind- und Gezeitenkraftanlagen sowie Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten für mechanisch belastete Komponenten (Lager, Getriebe etc.), wie sie beispielsweise von der Firma REWITEC aus Lahnau bereits kommerziell vermarktet werden (siehe Seite 11). Insbesondere bei einer verstärkten Nutzung der Son-

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Prinzipieller Aufbau einer polymeren Solarzelle (Quelle: Bosch, BASF)

nenenergie durch Photovoltaik werden die Nanotechnologien eine wesentliche Rolle spielen. Effizienzsteigerungen lassen sich bei herkömmlichen kristallinen Silizium-Solarzellen beispielsweise durch Antireflexschichten (siehe Ausgabe 3/2005) für eine höhere Lichtausbeute erzielen. In erster Linie wird aber die Weiterentwicklung alternativer Zelltypen von der Nanotechnologie profitieren wie Dünnschichtsolarzellen (u. a. aus Silizium oder anderen Materialsystemen, wie Kupfer/Indium/Selen), Farbstoffsolarzellen oder polymere Solarzellen (siehe Seite 9). Letzteren wird aufgrund der preisgünstigen Materialien und Herstellungsverfahren sowie der flexiblen Formgebung ein hohes Potenzial insbesondere bei der Versorgung mobiler Elektronikgeräte zugesprochen. Mittelfristige Entwicklungsziele sind hier ein Wirkungsgrad von ca. 10 % und eine Lebensdauer von einigen Jahren, wobei die Nanotechnologien beispielsweise zur Optimierung des Schichtdesigns in den Bauteilstrukturen oder zu verbesserten Elektrodenmaterialien beitragen können. Energiesparen mit Nanotechnologie Mit dem Ziel einer nachhaltigen Energieversorgung muss parallel zur Erschließung neuer Energiequellen natürlich auch die Effizienz der Energienutzung verbessert und unnötiger Energieverbrauch vermieden werden. Hiervon sind sämtliche Industriebranchen und auch die privaten Haushalte betroffen. Nanotechnologien bieten eine Vielzahl von Anknüpfungspunkten


serungen lassen sich beispielsweise durch nanoskalige Hitze- und Korrosionsschutzschichten für Turbinenschaufeln aus Leichtbaumaterialien (z.B. Titanaluminide) für effizientere Gasturbinen in Kraftwerken oder Flugzeugtriebwerken erzielen. Die Stromausbeute bei der Konversion chemischer Energie durch Brennstoffzellen lässt sich durch nanostrukturierte Elektroden, Katalysatoren und Membranen steigern, wodurch sich in Zukunft wirtschaftliche Einsatzmöglichkeiten im Automobil, in Gebäuden oder für den Betrieb Thermographische Aufnahmen machen die Wärmeabstrahlung von Gebäudefassaden sichtbar – rot steht für hohe, blau für geringe Temperatur. Beim gedämmten Haus (rechts) sind die Energieverluste deutlich geringer. (Quelle: ZAE Bayern)

Thermogeneratoren nutzen den thermoelektrischen Effekt (Seebeck-Effekt) zur Stromerzeugung. In verschleißanfällige Maschinenteile eingesetzt, können sie drahtlose Sensoren betreiben. (© Micropelt GmbH)

zur Energieeinsparung. Beispiele sind die Senkung des Kraftstoffverbrauches in Automobilen durch Leichtbaumaßnahmen auf Basis von Nanokompositen, Optimierungen bei der Kraftstoffverbrennung durch verschleißfeste, leichtere Motorkomponenten und nanopartikuläre Kraftstoffzusätze oder auch Nanopartikel für optimierte Reifen mit geringerem Rollwiderstand. Große Energiesparpotenziale liegen auch in der Gebäudetechnik beispielsweise durch nanoporöse Wärmedämmstoffe, die insbesondere in der energetischen Sanierung des Altbaubestandes vorteilhaft einsetzbar wären. Generell ist die Steuerung von Licht- und Wärmeflüssen durch nanotechnologische Komponenten wie beispielsweise schaltbare Gläser ein zukunftsträchtiges Feld, um den Energiebedarf in Gebäuden zu reduzieren.

mobiler Elektronik ergeben werden. Aussichtsreich erscheint auch die thermoelektrische Energiewandlung. Durch nanostrukturierte Halbleiter mit optimiertem Grenzflächendesign lassen sich Effizienzgewinne erzielen, die den Weg für einen breiten Einsatz bei der Nutzung der Abwärme beispielsweise im Automobil oder auch der menschlichen Körperwärme für tragbare Elektronik in Textilien bereiten könnten.

Energiewandlung

Energiespeicherung

Bei der Umwandlung der Primärenergieträger in Strom, Wärme und Bewegungsenergie ist eine möglichst hohe Effizienz gefragt. Verbes-

Der Einsatz von Nanotechnologien zur Verbesserung elektrischer Energiespeicher wie Batterien und Superkondensatoren erweist sich als Lithium-Ionen-Batterien eröffnen durch nanotechnologische Verbesserungen Anwendungspotenziale in Hybrid- und Elektrofahrzeugen sowie als stationäre Stromspeicher beispielsweise bei Windkraftanlagen. (Quelle: Degussa)

Nanostrukturierte Hitzeschutzschicht für Turbinenschaufeln aus intermetallischen Leichtbaumaterialien in Gasturbinen ermöglichen eine effizientere Energiewandlung in Kraftwerken oder Flugzeugtriebwerken. (Quelle: Siemens Pressebild)

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Verlustarme Stromübertragung und intelligente Stromnetze Hinsichtlich der Reduzierung von Energieverlusten bei der Stromübertragung besteht die Hoffnung, die außergewöhnlich hohe elektrische Leitfähigkeit von Nanomaterialien wie Kohlenstoffnanoröhren für den Einsatz in Stromkabeln nutzen zu können. Darüber hinaus gibt es nanotechnologische Ansätze zur Optimierung supraleitender Materialien für eine verlustfreie Stromleitung. Langfristig sind auch Optionen für einen kabellosen Stromtransport z.B. durch Laser, Mikrowellen oder elektromagnetische Resonanz gegeben. Wasserstoffspeicher auf Basis nanoporöser organometallischer Verbindungen könnten in Zukunft Mikrobrennstoffzellen für mobile Elektronik versorgen. Zweieinhalb Gramm dieser „Nanowürfel“ besitzen eine innere Oberfläche, die der Fläche eines Fußballfeldes entspricht. (Quelle: BASF)

ausgesprochen erfolgsträchtig. Die LithiumIonen-Technologie gilt aufgrund der hohen Zellspannung von 3,6 V und der herausragenden Energie- und Leistungsdichte als einer der zukunftsträchtigsten Varianten der Stromspeicherung. Durch Nanotechnologien können die Leistungsfähigkeit und Sicherheit von LithiumIonen-Akkus wesentlich verbessert werden. Dies gilt insbesondere für die Entwicklung neuartiger keramischer und dennoch flexibler Separatoren sowie hochleistungsfähiger Elektrodenmaterialien. Die Firma Degussa (siehe Seite 12) treibt die Kommerzialisierung dieser Systeme für Anwendungen in Hybrid- und Elektrofahrzeugen sowie für stationäre Energiespeicher voran. Langfristig erscheint auch Wasserstoff als ein aussichtsreicher Energiespeicher für eine umweltfreundliche Energieversorgung. Neben notwendigen infrastrukturellen Anpassungen wird eine effiziente Speicherung von Wasserstoff als einer der kritischen Erfolgsfaktoren auf dem Weg in eine mögliche Wasserstoffwirtschaft gesehen. Derzeitige Materialien entsprechen nicht den Anforderungen wie sie beispielsweise von der Automobilindustrie mit bis zu zehn Gewichtsprozenten H2-Speicherkapazität gefordert werden. Verschiedene Nanomaterialien u. a. auf Basis nanoporöser metallorganischer Verbindungen (siehe Seite 9) bieten hier Entwicklungspotenziale, die zumindest für den Betrieb von Brennstoffzellen in mobilen Elektronikgeräten wirtschaftlich umsetzbar erscheinen.

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Für die Stromverteilung sind zukünftig Stromnetze erforderlich, die ein dynamisches Lastund Fehlermanagement, eine bedarfsgesteuerte Energieversorgung mit flexiblen Preismechanismen sowie die Möglichkeit der Einspeisung durch eine Vielzahl dezentraler, regenerativer Energiequellen bieten. Nanotechnologien könnten wesentliche Beiträge zur Realisierung dieser Vision liefern; beispielsweise durch nanosensorische und leistungselektronische Komponenten, die die äußerst komplexe Steuerung und Überwachung derartiger Stromnetze bewältigen könnten. Fazit Die Nanotechnologien können sich als Schlüsseltechnologien auf dem Weg zu einer nachhaltigen CO2-neutralen Energieversorgung der Zukunft erweisen. Die potenziellen Anwendungsmöglichkeiten sind ausgesprochen vielseitig. Deren Umsetzung erfordert neben einer verstärkten Forschungs- und Innovationsförderung auch ein abgestimmtes Handeln sämtlicher an der Wertschöpfungskette beteiligten Akteure. Für zahlreiche Unternehmen in Hessen – als ein Standort mit ausgeprägten Stärken in den Nano- und Materialtechnologien sowie der Energie- und Umwelttechnik – werden sich attraktive Marktchancen eröffnen. Eine geplante Broschüre in der Schriftenreihe Hessen-Nanotech wird die Innovationspotenziale detailliert aufzeigen. Weitere Informationen: www.nanoportal-hessen.de/ Veranstaltungen/rueckblick/ impulsveranstaltung-nano-energie/


Förderung für Photovoltaik der nächsten Generation gestartet Bundesforschungsministerin Annette Schavan und die Vorstände von BASF, BOSCH, MERCK und SCHOTT haben Ende Juni in der Neuen Börse in Frankfurt eine gemeinsame Technologieinitiative für Organische Photovoltaik vorgestellt. Das Bundesministerium (BMBF) stellt in den nächsten Jahren für Verbundprojekte zwischen Wirtschaft und Wissenschaft Fördermittel von 60 Mio. Euro bereit. Die an der Initiative beteiligten Unternehmen haben Investitionen für Forschung und Entwicklung in Höhe von 300 Mio. Euro zugesagt. Ziel der Forschung sind biegsame, leichte und kostengünstige Solarzellen auf Basis organischer und polymerer Materialien („Kunststoffe“). Kleine und mittelständische Unternehmen sind eingeladen, sich ebenfalls an der Initiative zu beteiligen. Mit weiteren bis zu 10 Mio. Euro jährlich fördert das BMBF Verbundprojekte zu Dünnschichtsolarzellen aus Verbindungshalbleitern und aus amorphem sowie mikrokristallinem Silizium sowie zur Photoinduzierten Wasserstofferzeugung. www.bmbf.de/foerderungen/9757.php www.bmbf.de/foerderungen/10458.php

Prototyp einer polymeren Solarzelle (Quelle: Bosch)

Kooperationsbörse NanoMatch Das IRC der Hessen Agentur veranstaltet am 22. November 2007 auf der NanoSolutions eine internationale Kooperationsbörse im Bereich Nanotechnologie. Zielgruppe sind Unternehmen und Institutionen, die Produktentwicklungen und neue Anwendungen sowie technische Lösungen mit Hilfe europäischer Geschäftskooperationen realisieren wollen. Die Suche nach Partnern für die Teilnahme an EU-Forschungsprogrammen ist ebenfalls möglich. Die Koope-

rationsbörse NanoMatch findet im Rahmen der „nanotech+material week frankfurt” (20. bis 23. November 2007, Messe Frankfurt, Halle 4) statt.

Informationen und Kontakt: www.nanomatch.ircnet.lu, Dr. Claudia Männicke, claudia.maennicke@hessen-agentur.de

Auf dem Weg zu nanoporösen Adsorptionsspeichern für gasförmige Energieträger Aus der Forschung

Angesichts der endlichen Vorräte an fossilen Brennstoffen und des beginnenden Klimawandels wird es immer dringlicher, die Energieversorgung auf CO2-arme und nachhaltige Energieträger umzustellen. Mit etwa 17 Prozent stammt ein wesentlicher Teil der weltweit von Menschen verursachten CO2-Emissionen aus dem Straßenverkehr. Hier gilt es eine Alternative zum konventionellen – auf Erdöl basierenden – Verbrennungsmotor zu entwickeln. Die Umstellung auf die Wasserstofftechnologie wäre eine

mögliche Lösung. Ungeachtet ob Wasserstoff in der Brennstoffzellenvariante oder bei der Direktverbrennung zum Einsatz käme – einige Herausforderungen gilt es hier noch zu bewältigen. Insbesondere die sichere und effektive Speicherung von Wasserstoff für mobile Anwendungen ist bislang nicht gelöst. Mit der bisher maximal erreichten Speicherkapazität von 7,5 Gew. % wird beispielsweise die Mindestanforderung der Automobilindustrie von 10 Gew. % noch unterschritten (siehe Tabelle auf Seite 10).

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Momentaufnahme aus einer Monte-Carlo-Simulation zur Berechnung der Wasserstoff-Adsorptionsisotherme in einer Organosilicamatrix. Die Wasserstoffmoleküle sind als weiße Doppelkugeln dargestellt.

Elementarzelle der metallorganischen Gerüstverbindung Cu3(BTC)2. Diese Verbindung weist zwei verschieden große Porensysteme auf (Durchmesser von ca. 0,9 bzw. 1,1 nm) und besitzt eine sehr hohe Speicherkapazität für gasförmigen Wasserstoff.

Die Entwicklung eines auf nanoporösen Materialien basierenden mobilen Adsorptionsspeichers für gasförmige Kraftstoffe (Druckgasspeicherung), der eine ausreichend hohe Speicherdichte des Kraftstoffs garantiert, ist Ziel des vom Bundesforschungsministerium geförderten Projektes NANOSORB. Neben der Justus-LiebigUniversität Gießen und der Technischen Universität Dresden sind an dem Projekt mit der Merck KGaA und E.ON Ruhrgas auch zwei Industriepartner beteiligt.

Hierzu werden im Arbeitskreis von Prof. Dr. Michael Fröba an der Universität Gießen u.a. mithilfe des so genannten Molecular Modelling (vor allem Monte-Carlo- und molekulardynamische Simulationen) die Beziehungen zwischen Molekülstrukturen und deren Eigenschaften untersucht. Von besonderem Interesse sind die Wechselwirkung zwischen Gas und Oberfläche verschiedener nanoporöser Materialklassen (darunter metallorganische Gerüstverbindungen, engl.: metal organic frameworks, MOFs, Organozeolithe und andere organisch-modifizierte Silicaverbindungen). Durch die genannten Techniken gelingt es, auf molekularer Ebene Einsichten in das Verhalten der genannten Materialien bei der Aufnahme von Wasserstoffmolekülen oder anderen brennbaren Gasen zu erlangen. Diese Ergebnisse werden herangezogen, um Rückschlüsse auf die Optimierung der Porengrößen, -geometrien und -topologien sowie der chemischen Zusammensetzung zukünftig zu generierender Materialien zu gewinnen. So wird versucht, einen molekularen Setzkasten zu entwerfen, der die Entwicklung von Speichermedien für unterschiedlichste Anwendungen ermöglicht. Prof. Dr. Michael Fröba, Justus-Liebig-Universität Gießen Institut für Anorganische und Analytische Chemie Tel.: 06 41 / 99 - 3 41 00 Michael.Froeba@anorg.chemie.unigiessen.de www.chemie.uni-giessen.de/home/froeba/

Wasserstoffspeicher im Überblick Speichermedium

Temperatur bzw. Druck

Gewicht* bzw. SpeicherVolumen* kapazität

flüssiger Wasserstoff

-270 °C

140 kg, 86 l

7,5 Gew. % + geringer Platzbedarf - sehr aufwendige Isolierung - Energieverlust durch Gasverflüssigung - Gasaustritt bei Lagerung

gasförmiger Wasserstoff

700 bar

125 kg, 260 l

6 Gew. %

+ geringer technischer Aufwand - großer Platzbedarf für zylindrischen Hochdrucktank - hoher Speicherdruck stellt Sicherheitsrisiko dar

Nanoskalige Metallhydride (am Beispiel MgH2)

> 300 °C, 8 bar

175 kg, 73 l

4 -7 Gew. %

+ geringer Platzbedarf - hohes Gewicht - sehr hohe Temperaturen erforderlich

Nanoporöse metallorganische Materialien (MOFs) (am Beispiel MOF-177)

< -210°C, > 50 bar

86 kg, 160 l

7,5 Gew.% + geringes Gewicht - niedrige Temperatur - großer Platzbedarf

*gerechnet für eine Reichweite von 500 km Datenquellen: Prof. Dr. Stefan Kaskel, TU Dresden und Prof. Dr. Birgit Scheppart, FH Wiesbaden

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+ Vorteile / - Nachteile


REWITEC: Beschichtungslösungen zur Minderung von Reibung und Verschleiß Unternehmen im Fokus

werden. Zur Beschichtung wird dem Originalschmierstoff lediglich das Beschichtungskonzentrat zugegeben. Wissenschaftliche Untersuchungen bestätigen Wirkung

Durch eine REWITEC-Behandlung von Motor und Getriebe kann eine Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emission von bis zu 11 % und eine Minderung des Partikelausstoßes von bis zu 64 % erzielt werden.

Die im mittelhessischen Lahnau ansässige REWITEC GmbH wurde 2003 mit dem Ziel gegründet, sich dem Problem von Reibung und Verschleiß in tribologischen Systemen anzunehmen. Abrieb und Verschleiß in Motoren, Getrieben, Lagern und anderen mechanischen Systemen wird durch Reibung metallischer Oberflächen verursacht. Durch einen Schutzfilm, traditionell mit Hilfe von Schmierstoffen erzeugt, wird versucht, den direkten Kontakt der Metallflächen zu verhindern. Da Schmierstoffe jedoch nicht in der Lage sind, Metalloberflächen in allen Betriebszuständen dauerhaft zu schützen, hat die REWITEC GmbH ein aus Mikro- und Nanopartikeln bestehendes Produkt entwickelt, das die Oberflächenstruktur reibender Metallteile dauerhaft verbessert. Für diese Innovation wurde REWITEC im Jahre 2004 für den Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft nominiert und unter die Finalisten gewählt. Metall-Silikat-Schicht reduziert Reibung und Verschleiß Die REWITEC-Beschichtungstechnologie basiert nicht auf der Veränderung eines SchmierstoffFilms, sondern auf der Modifizierung der Oberflächenstruktur von reibenden Metallteilen. Silikat-Partikel aus der Wirksubstanz verbinden sich in der Reibfläche durch Druck und Temperatur mit Metall-Atomen aus der zu beschichtenden Oberfläche und bilden eine sehr verschleißfeste Metall-Silikatschicht. Diese Schicht verfügt über hervorragende Notlaufeigenschaften, sogar bei Mangelschmierung. Der Öl- und Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren wird reduziert. In vielen Fällen können vorgeschädigte Metalloberflächen in Verbrennungsmotoren und auch Getriebezahnräder neu aufgebaut und versiegelt

Zahlreiche wissenschaftliche Messungen und praktische Erfahrungen haben gezeigt, dass mit der REWITEC-Anwendung eine deutliche Verlängerung der Lebensdauer sowie eine Verbesserung des Wirkungsgrades tribologischer Systeme erreicht werden kann. Untersuchungen der FH Frankfurt an verschiedenen Gebrauchtfahrzeugen zeigten aufgrund der REWITECBehandlung von Motor und Getriebe eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und CO2Emission um bis zu 11 %, sowie eine Minderung des Partikelausstoßes um bis zu 64 %. Beschichtungslösung für zahlreiche Anwendungen einsetzbar Die Anwendungsmöglichkeiten von REWITECProdukten erstrecken sich über alle Arten von Verbrennungsmotoren, Getrieben, Kompressoren, Kältemaschinen und Lager. Heute werden die Beschichtungslösungen bereits im Bereich der Schifffahrt, an Windkraftanlagen, an diversen Maschinen und Anlagen der Industrie sowie im Consumer-Bereich eingesetzt. REWITEC bietet als Dienstleistung nicht nur die Anwendung der Produkte an, sondern auch die vorbeugende Inspektion und Analyse von Motoren und Getrieben.

Belastungstests mit Kugellager zeigen: Nach 50 Stunden Dauerbetrieb im Ermüdungsbereich zeigt die Lagerrinne mit REWITEC-Beschichtung (oben) keinen Verschleiß. Bei dem unbehandelten Lager (unten) sind deutliche Verschleißspuren auf der Lauffläche und die Bildung von Vertiefungen erkennbar.

REWITEC GmbH www.rewitec.com Der REWITEC-Beschichtungsprozess Die durch Metallreibung und hohe partielle Drücke entstehenden Temperaturen lassen die kristallinen Beschichtungs-Partikel an den metallischen Oberflächen reagieren und setzen den chemischen Verbindungsprozess in Gang.

Die Beschichtungspartikel keramisieren die reibenden Metalloberflächen im laufenden Prozess, indem sie mit den Molekülen der Metalloberfläche eine chemische Verbindung eingehen.

Das Endergebnis dieses Prozesses ist eine neue, sehr verschleißfeste Metallkeramik-Oberfläche. Die ursprünglichen Materialeigenschaften werden hinsichtlich Reibung und Verschleiß deutlich verbessert.

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Projekthaus „Functional Films & Surfaces”Funktionale Polymermaterialien für die Solare Energieerzeugung

Solarzelle aus kristallinem Silizium (© Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU))

Die Degussa GmbH, ein weltweit führendes Unternehmen in der Spezialchemie und 100prozentige Tochter des RAG-Konzerns, hat Anfang des Jahres das Projekthaus Functional Films & Surfaces am Standort Hanau-Wolfgang gestartet. Drei Jahre lang werden rund 20 Mitarbeiter an der Veredelung von Polymerfolien und -halbzeugen durch nano- und mikroskalige Oberflächenbeschichtungen arbeiten und maßgeschneiderte Kunststoffoberflächen mit neuen Funktionalitäten entwickeln – auch für den Bereich der Solarindustrie.

Projekthaus Functional Films & Surfaces. So würden sich auf Basis von Rolle-zu-Rolle-Prozessen kontinuierliche und damit sehr kostengünstige Solarmodule produzieren lassen. Mit der heutigen Dünnschichttechnologie stehen inzwischen Alternativen zum spröden, kristallinen Silizium zur Verfügung: amorphes Silizium (a-Si), Cadmium-Tellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-(Gallium-)Selenid (CIGS).

„Einen ganz wesentlichen Teil der zukünftigen Energieversorgung wird die Solarenergie ausmachen“, sagt Dr. Jochen Ackermann, Leiter des Projekthauses Functional Films & Surfaces. Noch ist der Anteil der Solarenergie in Deutschland relativ gering. Nach Schätzungen liegen jedoch die Wachstumsraten der Photovoltaikindustrie bei jährlich 25 %. Potenziale erneuerbarer Energien und Weltenergiebedarf pro Jahr (© Degussa GmbH)

Flexible Dünnschichtsolarzelle (© ForschungsVerbund Sonnenenergie (FVS) - Fraunhofer ISE)

Wattpeak: Größe, in der die Nennleistung einer Solarzelle angegeben wird

Heute werden vor allem siliziumbasierte Solarzellen gefertigt. Solarzellen aus monokristallinen oder polykristallinen Silizium-Wafern zeichnen sich zwar im Vergleich zu anderen Solarzellen durch einen relativ hohen Wirkungsgrad aus, benötigen aber einen aufwendigen Herstellungsprozess, der den Strom aus Solarzellen teuer macht. So kostet heute ein Wattpeak etwa drei bis vier Euro. Darüber hinaus besitzen konventionelle Solarzellen einen starren Aufbau. Für diese Probleme will Degussa Lösungen schaffen. „Unsere Zukunftsvision ist es, flexible Dünnschichtsolarzellen möglich zu machen“, erläutert Dr. Claudius Neumann, Projektleiter im

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Das Projekthaus Functional Films & Surfaces kann bei seinen Forschungen auf bewährtes Degussa-Know-how bei der Herstellung von Polymerfolien und -halbzeugen – etwa durch Extrusion – und bei der Formulierung von Beschichtungen zurückgreifen. Zu nennen sind hier zum Beispiel PMMA-Verglasungen aus PLEXIGLAS®‚ oder das transparente Polyamid TROGAMID®. Auch Hochleistungskunststoffe, wie z.B. Polyimid (P84®) oder Polyetheretherketon (VESTAKEEP®), sind für Hochtemperaturanwendungen geeignet. Die Entwicklung von hochtemperaturbeständigen Substraten und Barriereschutzschichten gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff für Dünnschichtsolarzellen sind nur einige der erklärten Ziele des Degussa-Projekthauses. Am Ende der Forschungsarbeit könnten preisgünstige, flexible Solarzellen von der Rolle stehen, die wesentlich leichter als die heutigen Solarmodule und zudem auch beliebig formbar wären. Dr. Claudius Neumann, Degussa GmbH Tel.: 0 61 81 / 59 - 62 87 claudius.neumann@degussa.com


SPEZIAL

Nanopartikel erschließen aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften immer mehr Anwendungsfelder in den unterschiedlichsten Industriezweigen. Neben der chemischen Synthese der Partikel besteht die Möglichkeit, Nanopartikel durch die „klassische” Top-down-Methode der Nass-Zerkleinerung in Rührwerkskugelmühlen zu erzeugen. Unter anderem konnte Schmelzkorund (␣-Aluminiumoxid) mit einer Rührwerkskugelmühle in wässriger Phase auf unter 10 nm zerkleinert werden, wenn die Suspension elektrostatisch gegen Agglomeration stabilisiert wird [1]. Aufgrund des hohen Energiebedarfs und des hohen Mahlkörperverschleißes, der zu erheblichen Kosten und zur Kontamination des Produktes mit Verschleißpartikeln führt, ist dieser Prozess allerdings wirtschaftlich bislang wenig attraktiv. Für Aluminiumoxid konnten mittlerweile mit arteigenen Mahlkörpern ähnlich gute Ergebnisse erzielt werden wie zuvor mit yttriumstabilisierten Zirkonoxidmahlkörpern [2]. Darüber hinaus ist zurzeit unklar, wie sich unterschiedliche Stabilisierungsmechanismen und Fluide auf den Zerkleinerungsprozess und den Mahlkörperverschleiß auswirken.

Nanozerkleinerung in Rührwerkskugelmühlen Einleitung Rührwerkskugelmühlen bestehen aus einem feststehenden Mahlraum, der horizontal oder vertikal angeordnet sein kann. Sie werden zu 60 bis 90 % mit losen Mahlkörpern befüllt, die für die Nanozerkleinerung in Größen bis zu 30 µm erhältlich sind. Der Energieeintrag erfolgt über einen Rotor, der mit Lochscheiben, Stiften oder konzentrischen Scheiben bestückt sein kann. Die Mahlkörper werden über Trenneinrichtungen, heute meist zylindrische Siebe, im Mahlraum zurückgehalten. Neuere Mühlengeometrien verfügen häufig über Schlitze im Rotor, die Zentrifugalkräfte auf die Mahlkörper ausüben, so dass keine Verpressungsprobleme an der Siebabtrennung auftreten. Abb. 1 zeigt exemplarisch eine Stiftrührwerkskugelmühle im Labormaßstab. Neben Betriebsparametern wie Mahlkörpergröße, -material und -füllgrad sowie Rührerumfangsgeschwindigkeit, hat auch der Stabilisierungsmechanismus einen entscheidenden Einfluss auf die Produktqualität. Es lassen sich grundsätzlich zwei Mechanismen unterscheiden: elektrostatische Stabilisierung und sterische Stabilisierung (Abb. 2). Bei der elektrostatischen Stabilisierung werden Ladungen auf den neu gebildeten Oberflächen aufgebracht, indem potentialbestimmende Ionen zur Produktsuspension zudosiert werden. Für eine sterische Stabilisierung werden Oligo- oder Polymere auf den Oberflächen verankert. Sie bestehen in der Regel aus einem Anker- und einem Stabilisierungssegment. Das Ankersegment sollte möglichst fest an der Oberfläche binden, während das Stabilisierungssegment sich in der fluiden Phase gut entfalten sollte. Es dient somit als Abstandshalter zwischen den Partikeln.

Die Rührwerkskugelmühle ZETA®RS von der Firma NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH ist speziell für die Nasszerkleinerung und für Dispergierprozesse im Nanometerbereich ausgelegt. Das Zentrifugaltrennsystem ermöglicht den Einsatz von Kleinstmahlkörpern mit Durchmessern von 50 bis 300 µm. (© NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH)

Abb.1: Stiftrührwerkskugelmühle

Einfluss der Betriebsparameter Bei der Zerkleinerung in Rührwerkskugelmühlen wird nur ein Teil der in den Mahlraum eingetragenen Energie zur Beanspruchung der Mahlgutpartikeln genutzt. Ein Großteil dieser Energie wird in Wärme dissipiert.

Abb. 2: elektrostatische und sterische Stabilisierung

Bei Untersuchungen zum Einfluss der Betriebsparameter Dichte des Mahlkörpermaterials ␳MK, Rührscheibenumfangsgeschwindigkeit vt und Hessen-Nanotech NEWS 4/2007

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SPEZIAL Abb. 3: Optimum der Beanspruchungsenergie der Mahlkörper für verschiedene spezifische Energieeinträge [1]

Einfluss der Fluide und Stabilisierungsmedien

Abb. 4: Zerkleinerung von Aluminiumoxid in einer Laborrührwerkskugelmühle

Autorin des Artikels ist Dipl.-Ing. Sandra BreitungFaes, Institut für Partikeltechnik, TU Braunschweig, Volkmaroder Str. 5, 38104 Braunschweig Tel.: 05 31 / 3 91 - 96 23 Fax: 05 31 / 3 91 - 96 33 E-Mail: s.breitung@tubs.de

Mahlkörperdurchmesser dMK wurde gezeigt, dass bei konstantem Energieeintrag ein Optimum der Beanspruchungsenergie BEMK existiert, bei dem die größte Produktfeinheit erzielt wird. Die Beanspruchungsenergie ist dabei die Energie, die bei einem Mahlkörperkontakt von Mahlkörpern auf die eingefangenen Produktpartikel übertragen werden kann [3]. Stellt man die Medianwerte x50,3 der bei einer konstanten spezifischen Energie erzeugten Partikeln über der Beanspruchungsenergie dar, zeigt sich, dass bei gleicher spezifischer Energie jede Beanspruchungsenergie BE eine andere Produktfeinheit erzeugt. In Abb. 3 ist die Abhängigkeit des Medianwertes der Partikelgröße von der Beanspruchungsenergie für 5 unterschiedliche spezifische Energien (Wert rechts von Kurve in kJ/kg) dargestellt. Die einzelnen Kurvenverläufe weisen unterschiedliche Optima für die Beanspruchungsenergie auf. Mit steigender spezifischer Energie und damit steigender Produktfeinheit nehmen die optimalen Werte für die Beanspruchungsenergie ab, da kleinere Mahlgutpartikel schon bei geringeren Energien zerkleinert werden. Deshalb ist es sinnvoll, die Beanspruchungsenergie BEMK dem zunehmenden Zerkleinerungsfortschritt durch Änderung der Mahlkörpergröße oder der Rührerumfangsgeschwindigkeit anzupassen [1].

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Medianwert x50,3 bezeichnet eine mittlere Partikelgröße, bei der innerhalb einer Verteilung auf die Masse bezogen 50 % kleiner und 50 % größer als dieser Wert sind.

Aktuelle Forschungsarbeiten am Institut für Partikeltechnik im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes mit der Universität Erlangen-Nürnberg konzentrieren sich auf die Auswirkungen unterschiedlicher fluider Phasen und Stabilisierungsmedien auf die Nanozerkleinerung von Aluminiumoxid. Dafür wurden Experimente in Wasser und Ethanol durchgeführt. Als sterischer Stabilisator wurde ein Maleinsäureanhydrid (DAPRAL GE 512) eingesetzt. Abb. 4 zeigt den Medianwert über der spezifischen Energie für Zerkleinerungsversuche in einer Laborrührwerkskugelmühle. Als Vergleich ist ein Versuch in wässriger Phase mit elektrostatischer Stabilisierung (HNO3) dargestellt. Es zeigt sich, dass DAPRAL GE 512 in Ethanol gut für die Stabilisierung geeignet ist. In Wasser entfaltet sich das Polymer schlecht, so dass Agglomeration frühzeitig einsetzt. Neben den Zerkleinerungseigenschaften konnte mit diesen Versuchen gezeigt werden, dass der Mahlkörperverschleiß in Ethanol geringer ist als in Wasser. Ein geringerer Energieeintrag in den Mahlraum lässt eine Schmierwirkung des Stabilisators vermuten. Möglicherweise verändert sich auch die Oberflächenchemie der Mahlkörper. Zusammenfassung und Ausblick Top-down-Nanozerkleinerung in Rührwerkskugelmühlen ist eine interessante Alternative zur Bottom-up-Nanopartikelsynthese sofern es sich um moderate Mengen oder Mehrkomponentensysteme handelt. Jedoch sind die Einflüsse unterschiedlicher Parameter nur teilweise bekannt. Auswirkungen der Betriebsparameter lassen sich weitestgehend gut voraussagen. Eine größere He-rausforderung stellt die Formulierung der Produktsuspension dar, die je nach Anforderung separat ermittelt werden muss. Stehen mehrere Alternativen zur Verfügung, muss zurzeit noch in Laborversuchen die optimale Formulierung ermittelt werden.

[1] Mende, S.: Mechanische Erzeugung von Nanopartikeln in Rührwerkskugelmühlen, Dissertation, TU Braunschweig (2004) [2] Breitung-Faes, S.K.: Einsatz unterschiedlicher Rührwerks kugelmühlen für die Erzeugung von Nanopartikeln, Chemie Ingenieur Technik 79 (2007), 241-248 [3] Kwade, A.: A stressing model for the description and optimization of grinding processes, Chem. Eng. Technol. 26 (2003), 199/205


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Termine und Veranstaltungen

19.09.2007

Gießen

Die Aktionslinie Hessen-Nanotech ist eine Maßnahme des Hessischen Ministeriums für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung Dr. Rainer H. Waldschmidt Kaiser-Friedrich-Ring 75 D-65185 Wiesbaden Tel. 06 11/ 8 15-24 71, Fax: -49 24 71 E-Mail: rainer.waldschmidt@hmwvl.hessen.de Internet: www.wirtschaft.hessen.de

NanoSurface 2007: Industrielle Oberflächentechnik Fachtagung der Uni Gießen und des TTN / IHK GießenFriedberg, in Kooperation mit Hessen-Nanotech Dr. Manfred Felske-Zech, TTN / IHK Gießen-Friedberg felske-zech@giessen-friedberg.ihk.de 24.09.2007 Kassel NanoNetzwerkHessen-Workshop: Nanophotonic+Nanosensorik Kai Ludolph, NanoNetzwerkHessen c/o Uni Kassel kai.ludolph@nanonetzwerkhessen.de 01.10.2007

HA Hessen Agentur GmbH Alexander Bracht (Leiter), Markus Lämmer Abraham-Lincoln-Straße 38 - 42 D-65189 Wiesbaden Tel. 06 11/ 7 74- 86 14 oder -86 64, Fax: 06 11/ 7 74 - 86 20 E-Mail: alexander.bracht@hessen-agentur.de markus.laemmer@hessen-agentur.de Internet: www.hessen-agentur.de www.hessen-nanotech.de

Darmstadt

NanoNetzwerkHessen-Workshop: Photokatalyse und Mikrointegration Kai Ludolph, NanoNetzwerkHessen c/o Uni Kassel kai.ludolph@nanonetzwerkhessen.de 20.11.-23.11.2007

Projektträger ist die

Frankfurt

Impressum Herausgeber Aktionslinie Hessen-Nanotech Alexander Bracht HA Hessen Agentur GmbH, Abraham-Lincoln-Straße 38 - 42, D-65189 Wiesbaden

nanotech+material week frankfurt mit:

Redaktion Markus Lämmer, HA Hessen Agentur GmbH

Chemical Nanotechnology Talks VIII (20./21.11.) Fachkongress der DECHEMA

Beiträge S. 6-8 Dr. Wolfgang Luther, ZTC der VDI TZ GmbH

Dr. Christoph Steinbach, DECHEMA e.V., steinbach@dechema.de NanoSolutions 2007 (21.-23.11.) Fachmesse für das Nano Business Christian Vöpel, G+J Expomedia Events GmbH, voepel@gjeme.de Europäische Kooperationsbörse NanoMatch 2007 (22.11.) Nanotechnologie-Kooperationsbörse des IRC Dr. Claudia Männicke, IRC Hessen/Rheinland-Pfalz, claudia.maennicke@hessen-agentur.de 4. Nanotechnologieforum Hessen (22./23.11.) Jahreskongress der Aktionslinie Hessen-Nanotech Alexander Bracht, HA Hessen Agentur GmbH, alexander.bracht@hessen-agentur.de

Titelbild Energieversorgung im Wandel von fossilen zu regenerativen Energieträgern – Nanotechnologien spielen als „enabling technology“ in allen Phasen eine Schlüsselrolle. Muhr, Design + Werbung, Wiesbaden mit Bildmaterial von Pitopia, DLR, BASF, FhG-ISE

Bildmaterial S. 3 Flad&Flad / S. 10 Uni Gießen / S. 11 REWITEC / S. 13-14 Institut für Partikeltechnik, Braunschweig Gestaltung Muhr, Design + Werbung, Seerobenstraße 27, D-65195 Wiesbaden www.muhr-partner.com Druck Werbedruck GmbH Horst Schreckhase, Dörnbach 22, 34286 Spangenberg Erscheinungsweise 6-mal pro Jahr (kostenlos)

Material Vision (22./23.11.)

Auflagenhöhe 7.500 Stück

Fachmesse und Konferenz zu Materialien für Produktentwicklung, Design und Architektur

Newsletter-Abonnement www.nanoportal-hessen.de/news/bestellformular

Anja Diete, Messe Frankfurt GmbH, anja.diete@messefrankfurt.com Weitere Veranstaltungsinformationen finden Sie unter www.nanoportal-hessen.de.

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In der nächsten Ausgabe lesen Sie: Intelligente Systeme durch Nano-Mikro-Integration

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