Nanotechnologie - Was kommt auf uns zu?

Inhaltsverzeichnis

  Abbildungsverzeichnis  II

Tabellenverzeichnis II   

  Abkürzungsverzeichnis  II

1  Einleitung  1

2  Die Nanotechnologie  1

2.1  Definition und Anwendungsgebiete  1

2.2  Die ökonomische Bedeutung  6

3  Nachhaltige Nanotechnologie  6

3.1  Ökologische Nachhaltigkeit  7

3.2  Ökonomische Nachhaltigkeit  7

3.3  Soziale Nachhaltigkeit  8

3.4  Technikgestaltung durch Leitbilder  9

3.4.1  Ressourceneffiziente Nanotechnik  10

3.4.2  Konsistente und eigensichere Nanotechnik  10

3.4.3  Nanobionik  11

4  Nanotechnologische Risiken  12

4.1  Ausgewählte Bereiche eines komplexen Risikofeldes  12

4.1.1  Passive nanotechnische Produkte und die Produkthaftung  12

4.1.2  Aktive nanotechnische Produkte  13

4.2  Strategien eines erfolgreichen Risk Managements  14

5  Schlussbemerkung  15

  Literaturverzeichnis  16

Anhang   19

  A1 Klinische Anwendung einer Nano-Krebstherapie  19

  A2 Spinnenseide  19

  I  

  Abbildungsverzeichnis  

  Abbildung 1: Größenskalen ..............................................................................................2  

  Abbildung 2: Klinische Anwendung einer Nano-Krebstherapie .....................................19  

  Abbildung 3: Spinnenseide unter dem Rastertunnelmikroskop .....................................20  

  Tabellenverzeichnis  

  Tabelle 1: Leitbilder einer nachhaltigen Nanotechnologie .............................................11  

  Abkürzungsverzeichnis  

  bzw. Beziehungsweise  

  evtl. Eventuell  

  nm Nanometer  

  OECD Organisation for Economic Co-operation and Development  

  (Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung)  

  u. a. Unter anderem  

  USD US - Dollar  

  u. v. m. Und vieles mehr  

  v. a. Vor allem  

  vgl. Vergleiche  

  z. B. Zum Beispiel  

  II  

1 Einleitung

Der Mensch hat in seiner relativ kurzen Evolutionsgeschichte die natürliche Welt weit- gehend 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 herzustel- len, 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 Bedeu- tung ist groß.

Diese Arbeit befasst sich weniger mit den technischen Elementen der Nanotechnolo- gie, 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 ge- geben, 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

1 Vgl. BMBF (2004), S. 15.

1

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 Nano- meterskala 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

Quelle: RWTH Aachen.

Eric Drexler vom amerikanischen Foresight Nanotech Institute erweiterte den Begriff der Nanotechnologie wie er von Taniguchi geprägt wurde derart, dass er Nanotechno- logie als ein Studium von Phänomenen und einer Veränderung von Materialien in ato- maren Größenordnungen versteht, mit dem Ziel die Möglichkeiten, die sich in der Welt dieser Größenordnung ergeben, zu verstehen und sich nutzbar zu machen. Nanotech- nologie bedeutet für ihn das Formen, charakterisieren, Herstellen und Anwenden von

2 Vgl. Allianz (2005), S. 6.

2

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 be- stehender oder Entwicklung neuer Produkte und Anwendungsoptionen resultieren. Diese neuen Effekte und Möglichkeiten sind überwiegend im Verhältnis von Oberflä- chen- zu Volumenatomen und im quantenmechanischen Verhalten der Materiebau- steine begründet“ 4 .

Bedeutsam ist bei der Nanotechnologie, dass hier traditionell getrennte Wissen- schaftsgebiete 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 ultra- dünnen Beschichtung können die Eigenschaften von Materialien stark verbessert wer- den. Denkbar ist beispielsweise Kunststoffe mit ultradünnen, bioverträglichen Schich- ten 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 Licht- schutzfaktor verwendet u. v. m.

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.

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