Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung

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Einsatz von Nanotechnologienin Architektur und Bauwesen

Hessen Nanotech

Einsatz vonNanotechnologienin Architektur undBauwesen

Band 7 der Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Nanotech

Impressum

Einsatz von Nanotechnologienin Architektur und Bauwesen

Band 7 der Schriftenreihe der AktionslinieHessen-Nanotech des Hessischen Ministeriumsfür Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung

Erstellt von:

Dr. Wolfgang Luther

VDI Technologiezentrum GmbH

Zukünftige Technologien Consulting

Graf-Recke-Straße 84

40239 Düsseldorf

Redaktion:

Dr. Rainer Waldschmidt

(Hessisches Ministerium für Wirtschaft,

Verkehr und Landesentwicklung)

Alexander Bracht, Markus Lämmer

(Hessen Agentur, Hessen-Nanotech)

Herausgeber:

HA Hessen Agentur GmbH

Abraham-Lincoln-Straße 38-42

65189 Wiesbaden

Telefon 0611 774-8614

Telefax 0611 774-8620

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Der Herausgeber übernimmt keine Gewähr für

die Richtigkeit, die Genauigkeit und die Vollständigkeit

der Angaben. Die in der Veröffentlichung geäußerten

Ansichten und Meinungen müssen nicht mit der Mei-

nung des Herausgebers übereinstimmen.

© Hessisches Ministerium für Wirtschaft,

Verkehr und Landesentwicklung

Kaiser-Friedrich-Ring 75

65185 Wiesbaden

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Vervielfältigung und Nachdruck –

auch auszugsweise – nur nach vorheriger

schriftlicher Genehmigung.

Gestaltung: WerbeAtelier Theißen, Lohfelden

Druck: ausDRUCK, Kassel

www.hessen-nanotech.de

1. Auflage: August 2007

2. Auflage: Januar 2008

ZAEBayern

Abbildungen Coveroben: Rensch-Haus GmbHunten links und rechts: Evonik Degussa GmbHunten mitte: ZAE Bayern

Inhalt

Vorwort ............................................................................................ 2

Warum eine Broschüre NanoBau? ..................................... 4

1 Zusammenfassung ..................................................................... 5

2 Nanotechnologien – eine Einführung ............................... 9

3 Innovationspotenziale derNanotechnologien im Bauwesen ..................................... 13

4 Nanotechnologieanwendungenim Bausektor ............................................................................... 19

5 Praxisbeispiele aus Hessen ................................................. 32

6 Forschungsprogramme,Finanzierungs- und Fördermöglichkeiten .................... 40

7 Statements von Verbänden zuNanotechnologien im Bauwesen ..................................... 44

8 Anhang .......................................................................................... 50

1

Vorwort

Innovative Nanotechnologien bieten nicht nur in

Hightech-Bereichen, sondern gerade auch in kon-

ventionellen Industriezweigen wie dem Bausektor

erhebliche Geschäftspotenziale. Nur über den kon-

tinuierlichen Innovationsvorsprung durch stetig

neue Produkte und Dienstleistungen werden hei-

mische Unternehmen im harten Wettbewerb lang-

fristig bestehen können. Hierbei soll diese Bro-

schüre insbesondere kleinen und mittleren Unter-

nehmen eine Hilfestellung bieten.

Der Bausektor gehört mit rund 1 Million Mitarbei-

tern und einem Jahresumsatz von etwa 230 Mrd. €

nach wie vor zu den wichtigsten Branchen in

Deutschland. Erfreulicherweise konnte der seit

Jahren zu verzeichnende Trend rückläufiger

Umsatz- und Beschäftigtenzahlen im Bausektor im

Jahr 2006 umgekehrt werden. Erstmals seit dem

Jahr 2000 konnte die Bauindustrie mit einem

Umsatzplus von 6,5 % im Gesamtjahr 2006 wieder

einen positiven Beitrag zum gesamtwirtschaftli-

chen Wachstum in Deutschland leisten. Aktuelle

Prognosen für das Jahr 2007 gehen von einem

erneut deutlichen Umsatzplus von 3,5 % aus.

Auch für Hessen ist das Baugewerbe von zentraler

Bedeutung. Ca. 5.800 überwiegend kleine und

mittelständische Unternehmen mit mehr als 20

Beschäftigten sind im Baugewerbe aktiv. Um den

Aufschwung im Baugewerbe weiter zu verstärken

und die Arbeitsplätze dort langfristig zu sichern ist

es erforderlich, die Wettbewerbsfähigkeit der hei-

mischen Bauwirtschaft auch durch technologische

Innovationen zu verbessern, die das Bauen schnel-

ler, flexibler, besser, nachhaltiger und kostengüns-

tiger machen können.

Nanotechnologien haben das Potenzial, in der

Bautechnik auf breiter Basis notwendige Innovatio-

nen voranzubringen. Das Spektrum der Nano-

Anwendungen im Bauwesen reicht dabei von funk-

tionalen Fassadenoberflächen, Brandschutzbe-

schichtungen, verbesserten Baustoffen und Isolati-

onsmaterialien bis hin zu neuartigen Beleuchtungs-

techniken und effizienteren Solar- und Brennstoff-

zellen. Erhebliche Möglichkeiten bieten sich auch

im Hinblick auf Maßnahmen zur Energieeinspa-

rung, die nicht nur angesichts explodierender

Energiekosten, sondern auch vor dem Hintergrund

der drohenden Klimakatastrophe als eines der vor-

dringlichsten strategischen Ziele ganz oben auf

der politischen Agenda stehen.

Der Umsetzung nanotechnologischer Innovationen

in die Praxis stehen gegenwärtig jedoch noch zahl-

reiche Hemmnisse entgegen. Angesichts des

hohen Kostendruckes im Bauwesen werden Preis-

aufschläge und lange Entwicklungszeiten für inno-

vative Technologien auf der Kundenseite kaum

akzeptiert. Es bestehen hohe Anforderungen hin-

sichtlich Haltbarkeitsgarantien und Qualitätszertifi-

katen, die für neue nanotechnologische Produkte

oftmals noch nicht nachgewiesen werden können.

Umso erfreulicher ist es, dass eine Reihe hessischer

Dr. Alois Rhiel

Hessischer Minister fürWirtschaft, Verkehr undLandesentwicklung

2

Unternehmen es bereits geschafft haben, Nano-

Innovationen im Bauwesen erfolgreich auf den

Markt zu bringen. Wandfarben, die durch nanoska-

lige Titandioxidpigmente Luftverunreinigungen

beseitigen, nanobeschichtete Keramiktapeten als

Ersatz herkömmlicher Fliesen, antibakterielle Holz-

lacke auf Basis der Nanosilbertechnologie oder

superisolierende Außenfassaden auf Basis von

Aerogelen, sind hier nur ein Ausschnitt aus dem

bestehenden Produktspektrum. Aber auch in der

Nano-Forschung hat Hessen ausgeprägte Stärken,

zum Beispiel in den Bereichen Betonbaustoffe,

Photokatalyse oder innovativer Glasfassaden.

Um Nano-Innovationen in der Baubranche auf brei-

ter Basis voranzubringen ist es jedoch notwendig,

eine entlang der Wertschöpfungskette orientierte

Vernetzung der Entwickler und Anwender neuer

Technologien im Baubereich zu etablieren. Nur

wenn alle Akteure aus der Wirtschaft, das sind in

erster Linie die Hersteller von Baustoffen, die Bau-

industrie und die Handwerksbetriebe, aber auch

die Wissenschaft sowie die privaten und öffentli-

chen Investoren und Förderer an einem Strang zie-

hen, werden sich die großen Potenziale der Nano-

technologien im Bauwesen voll entfalten und Inno-

vationen erfolgreich in Hessen in die Praxis umge-

setzt werden können. Eine wichtige Aufgabe ist in

diesem Zusammenhang auch der Abbau von Infor-

mationsdefiziten bei Kunden, Architekten und Bau-

ingenieuren hinsichtlich der neuen Möglichkeiten,

die Nano bei der Konzeption und Gestaltung von

Bauwerken eröffnen kann. Hier liegt die Herausfor-

derung in einem angemessenen Marketing und

der frühen und offenen Kommunikation von Chan-

cen und Risiken mit Anwendern und Kunden.

Mit der vorliegenden Broschüre will das Hessische

Wirtschaftsministerium einen Beitrag leisten, um

den Branchendialog in Hessen und darüber hinaus

zu initiieren und zu fördern. Ich bin der Überzeu-

gung, dass die Nanotechnologien gerade auch im

Baubereich große Zukunftspotenziale für hessische

Unternehmen bieten werden. Damit dies gelingt,

lade ich Sie herzlich dazu ein, sich am Dialog zu

beteiligen und daran mitzuwirken, dass aus der

„Nano-Chance“ ein nachhaltiges Geschäft für den

hessischen Bausektor entsteht.

Dr. Alois Rhiel

Hessischer Minister für Wirtschaft,

Verkehr und Landesentwicklung

3

Warum eine Broschüre NanoBau?

4

Die vorliegende Broschüre NanoBau richtet sich anUnternehmen und Forschungseinrichtungen imBereich der Nanotechnologien ebenso wie alle ander Wertschöpfung beteiligten Akteure im Bauwe-sen – vom Planungsbüro über die Bauindustrie biszum innovativen Handwerksbetrieb in Hessen. Fürden Leser mag sich hierbei zunächst die Frage stel-len, inwiefern ein Hochtechnologiebereich wie dieNanotechnologien mit einem traditionellen, oftmalsals konservativ bezeichneten Wirtschaftszweig wiedem Bausektor zusammenhängt.

Zur Beantwortung dieser Frage muss man sichzunächst vor Augen führen, dass die Nanotechnolo-gien für ein ganzes Bündel innovativer Techno-logieansätze und Produktionsverfahren stehen, dielangfristig ein grundsätzlich neues Verständnisvon Materialeigenschaften und Möglichkeiten zumgezielten Design hochleistungsfähiger Werk- undBaustoffe liefern werden. Nanotechnologische Mate-rialinnovationen können dadurch zu erheblichenFortschritten in der Bautechnik beitragen, die sich invielfältiger Weise unmittelbar auch auf unser All-tagsleben auswirken werden. Dies gilt für die Quali-tät der Verkehrsinfrastruktur ebenso wie für die Qua-lität der Umfeldbedingungen am Arbeitsplatz undim privaten Wohnbereich, die durch Innovationen imBauwesen ganz wesentlich verbessert werden kön-nen. Darüber hinaus bestehen gewaltige Einspa-rungspotenziale hinsichtlich des Material- und Ener-gieverbrauches, die durch effizientere Verfahren undTechnologien in der Herstellung und Nutzung vonGebäuden nicht nur in Deutschland, sondern welt-weit realisiert werden könnten.

Es gibt daher viel zu gewinnen, wenn wir in der Lagesind Innovationen aus dem Hochtechnologiebereichder Nanotechnologien für den Baubereich zu adap-tieren und möglichst schnell in marktgängigeAnwendungen umzusetzen. Chancen bieten sichgerade auch für Unternehmen und Handwerksbe-triebe in Hessen, an die sich die Broschüre in ersterLinie richtet. Der hoch entwickelte Stand der Nano-technologien in Hessen kann dazu genutzt werden,aussichtsreiche Marktpotenziale in Teilbereichen derüber 230 Mrd. Euro Bauvolumen pro Jahr allein inDeutschland zu erschließen. Aber auch für Hand-werksbetriebe, Planungsbüros und die Bauindustriein Hessen bietet sich die Gelegenheit, sich durchNanotechnologie-Innovationen einen Wettbe-werbsvorteil zu verschaffen und durch neue hoch-wertige bautechnische Erzeugnisse und architekto-nische Designlösungen eine erhöhte Kundennach-frage zu generieren. Für den gesamten Bausektorbesteht die Chance, sich durch innovative Techno-logieentwicklungen aus der Nano-Welt als Zukunfts-branche sowohl in der Öffentlichkeit als auch fürpotenzielle Nachwuchskräfte zu präsentieren. DerSchwung der sich wieder belebenden Baukonjunk-tur in Deutschland sollte jetzt für den Einstieg ineinen langfristig ausgerichteten Strukturwandel imBausektor genutzt werden, hin zu intelligenterenund nachhaltigeren Produktlösungen und Dienst-leistungen. Die vorliegende Broschüre wird zahlrei-che Beispiele geben, wie Nanotechnologien dazubeitragen können und wie hessische Unternehmenund Forschungsinstitutionen davon profitieren kön-nen bzw. bereits in führender Rolle an der Umset-zung von Innovationen engagiert sind.

5

Die Nanotechnologien ermöglichen die gezielteManipulation und technische Nutzung winzigerObjekte und Strukturen, die millionenfach kleiner alsein Stecknadelkopf sind. Durch dieses nanotechno-logische Know-how lassen sich außergewöhnlicheMaterialeigenschaften und Funktionalitäten erzielen,die Potenziale für Produktinnovationen in fast allen

Technikfeldern und Wirtschaftsbranchen eröffnen.Für eine Vielzahl wichtiger Industriebranchen wieAutomobilbau, Chemie, Pharma, Informationstech-nik oder Optik wird die künftige Wettbewerbsfähig-keit ihrer Produkte wesentlich von der Erschließungdes Nanokosmos abhängen.

1 Zusammenfassung

KonzeptPrototypMarkteintrittVerbreitung am Markt

0–5 Jahre

Korrosionsschutzschichten Nanomembranen zur Trinkwassergewinnung Künstliche Photosynthese

Optimierte Batterien/Akkus Preiswerte großflächige Solarzellen RessourcenschonendeProduktion durch SelbstorganisationVerschleißschutz für mechanische Bauteile Photokatalytische Luft- und Wasserreinigung

Abgaskatalysatoren Sensorische Umweltüberwachung Mikrobrennstoffzellen Nanosensor-Netzwerke

Selbstreinigende Fassadenelemente Schaltbare Glasfassaden Ultrastabile Leichtbau-KonstruktionsstoffeUmweltverträgliche Brandschutzmittel OLED-Beleuchtung

Hocheffizienter Wärme- und Schallschutz Funktionsoptimierte AsphaltmischungenSchmutzabweisende,antibakterielle Wandfarben Keramische Folien als Wandbelag Korrosionsbeständiger Hochleistungsbeton

Superisolierende Thermobekleidung Aktive Bewegungsunterstützung

Schmutzabweisende Textilien Kleidung mit integrierter Unterhaltungselektronik Überwachung von Körperfunktionen

Antibakterielle Wäsche Ultraleichte SchutzwestenUV-geschützte Fasern

Carbon Black Kohlenstoffnanoröhren Selbstheilende WerkstoffeNano-SchichtsilikatePolymerdispersionen Schaltbare Klebstoffe Selbstorganisierende WerkstoffeDendrimere Ferrofluide Mikronisierte Wirkstoffe Organische Halbleiter Hocheffiziente WasserstoffspeicherAerogele

Nano-Kieselsäure Quantenpunkte Künstliche SpinnenseideNanopigmente NanoreaktorenEasy-To-Clean-Schichten Polymere Nanokomposite

Reifenfüllstoffe Magnetoelektronische Sensoren Dünnfilmsolarzellen für Autodächer Schaltbare LackeNanobeschichtete Dieselinjektoren Nanokomposite als Leichtbauwerkstoffe Adaptierbare Außenhaut

Antibeschlagschichten Polymerverscheibungen Ferrofluid-StoßdämpferAntireflexschichten für Displays Nanopartikel als Kraftstoffzusatz

Kratzfeste Lacke Optimierte Brennstoffzellen Thermoelektrische Abwärmenutzung

Kohlenstoffnanoröhren-Feldemissionsdisplays

Festplatten mit GMR-Lesekopf „Millipede-Speicher“ Phase-Change-Speicher Spintronik DNA-Computing

Siliziumelektronik < 100 nm MolekularelektronikFerroelektrische Speicher

Polymerelektronik z.B. für Funketiketten Magnetoelektronische Speicher

Ultrapräzisionsoptiken EUV Lithographie-Optiken

Nahfeldoptiken für die Nanoanalytik Quantenpunktlaser

Weiße LED Photonische Kristalle Optische Mikroskope mit Nanoauflösung All-Optical-Computing

Kratzfeste Brillengläser QuantenkryptografieOrganische Leuchtdioden (OLED)

Nanopartikel zum Wirkstofftransport Theranostics

Antimikrobielle Beschichtungen Nano-Krebstherapie (Hyperthermie) Neuro-Kopplung Molekulare Krebsfrüherkennung

Biosensoren Tissue EngineeringNanopartikel als Markerstoffe Biokompatible Implantate

Nanoskalige Kontrastmittel Lab-on-a-chip-Systeme Intelligente Drug Delivery-Systeme

Umwelt/Energie

Bautechnik

Textil

Chemie

Automobil-bau

Elektronik

Optische Industrie

Medizin

5–10 Jahre 10 –15 Jahre

Duftimprägnierte Kleidung Aktive Wärmeregulierung

Beispiele für Anwendungsoptionen und Reifegrad nanotechnologischer Entwicklungen in verschiedenen Wirtschaftsbranchen (VDI TZ GmbH)

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Die Nanotechnologien eröffnen dabei neue Markt-chancen durch die Realisierung kleinerer, schnelle-rer, leistungsfähigerer und „intelligenterer“ System-komponenten für neue Produkte mit deutlich ver-besserten und zum Teil gänzlich neuartigen Funk-tionalitäten. Obwohl bereits viele Produkte mit nano-technologischen Komponenten auf dem Markt etab-liert sind, wird ein Großteil der nanotechnologischenErkenntnisse erst in einigen Jahren, teilweise sogarerst in Jahrzehnten in Produkte umgesetzt werdenkönnen.

Nanotechnologien für „added value“ im Bauwesen

Auch in einem konventionellen und im Hinblick auflange Produktzyklen und hohe Sicherheitsanforde-rungen eher konservativen Wirtschaftszweig wie demBauwesen bieten die Nanotechnologien eine Viel-zahl von Potenzialen für die Optimierung von Ver-fahren und Materialien in Bezug auf Funktionalität,Werterhaltung, Sicherheit, Design, Wirtschaftlichkeitund Umweltschutz. Für viele dieser Anforderungenim Bauwesen halten die Nanotechnologien innova-tive Lösungen parat und generieren dadurch einenMehrwert für den Kunden.

Aussichtsreiche Marktpotenziale werden sich vorallem in den Bereichen Energietechnik (z. B. Photo-voltaik und Brennstoffzellentechnologie), thermischeIsolation (z. B. Dämmstoffe und Phasen-Wechsel-speicher), Anstriche / Beschichtungen (z. B. Korro-sionsschutz, antibakterielle Wirkung), multifunktio-nale Glasfassaden und zementgebundene Baustoffe(z. B. Ultrahochfester Beton) ergeben.

Herausforderungen für die kommerzielleUmsetzung

Erste Nanotechnologie-Anwendungen befinden sichbereits in der kommerziellen Umsetzung. Währendsie z. B. bei Bauwerken aus ultrahochfestem Betonannähernd kostenneutral sind, stehen sie in anderenBereichen in einem harten Preis-Leistungs-Wett-bewerb gegenüber Konkurrenzlösungen. Angesichtsdes hohen Kostendruckes im Bauwesen werdenPreisaufschläge und lange Entwicklungszeiten fürinnovative Technologien auf der Kundenseite kaumakzeptiert. Weiterhin bestehen hohe Anforderungenhinsichtlich Haltbarkeitsgarantien und Qualitätszerti-fikaten, die für neue nanotechnologische Produkteoftmals nicht nachgewiesen werden können.

Um eine hohe Kundenakzeptanz zu erzielen ist esnotwendig, Nanotechnologie-Innovationen bis zueinem hohen Reifegrad zu entwickeln. Möglichkeitenund Notwendigkeiten der Zulassung für innovativenanotechnologische Bauprodukte im Rahmen derRichtlinien der Bauproduktengesetzgebung (in Hes-sen gilt hier die Hessische Bauordnung HBO § 16 ff.)sollten frühzeitig in Betracht gezogen und mit demDeutschen Institut für Bautechnik (DiBT) abgestimmtwerden. Dadurch können zum einen das Risiko vonFolgeschäden durch fehlerhafte Technologien mini-miert und zum anderen auch die Exportchancen vonBauprodukten für hessische Baustoffhersteller ver-bessert werden. Um langfristig Kundenvertrauen zugenerieren, werden Praxisbeispiele und Pilotprojektefür nanotechnologische Anwendungen eine wichtigeRolle einnehmen. Weiterhin von Bedeutung ist eineausreichende Information und Schulung der Baurea-lisierer (u. a. Bauindustrie und Architekten) hinsicht-lich der Möglichkeiten und dem fachgerechtenUmgang mit neuen Werkstoffen und Technologien.

Für einen erfolgreichen Technologietransfer ist diefrühzeitige Einbindung möglichst aller Akteure derWertschöpfungskette (Kunde, Geldgeber, Architek-ten- und Ingenieurkammern, Versicherer, For-schungseinrichtungen, Unternehmen, Regulierer)von zentraler Bedeutung. Neben dem Engagementaus der Wissenschaft und der Industrie wird auch einabgestimmtes Handeln der öffentlichen Hand alsFörderer, Regulierer und Auftraggeber eine Schlüs-selrolle für die Umsetzung nanotechnologischerInnovationen im Bausektor einnehmen.

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Das Spektrum der möglichen Nanotechnologie-Anwendungen umfasst nahezu sämtliche Bereichedes Bauwesens:

Zementgebundene Baustoffe

Im Bereich des Massiv- und Rohbaus bieten dieNanotechnologien in erster Linie Möglichkeiten zurOptimierung zementgebundener Baustoffe. So lässtsich die Festigkeit von Beton um bis zum Zehnfachensteigern, wenn man die partikulären Zementbe-standteile im Nano- und Mikrobereich optimiert. Sol-che Ultrahochleistungsbetone sind nicht nur beson-ders tragfähig, sondern auch wesentlich korrosions-beständiger als Normalbeton. Die Dauerhaftigkeitund das Tragverhalten von textilbewehrtem Betonlassen sich durch Glasfaser- und Grenzschichtdesignmit nanostrukturierten Polymeren deutlich verbes-sern. Betonbauteile zur bautechnischen Verstärkungund Instandsetzung können so mit geringerenAbmessungen und mit geringerem Gewicht herge-stellt werden bei gleicher oder sogar besserer Trag-fähigkeit und Dauerhaftigkeit. Durch die Verwen-dung nanoskaliger Zementzusatzstoffe kann die Ver-arbeitung von Spritzbeton optimiert oder die Säu-reresistenz von Beton erhöht werden, um dadurchKosten zu sparen und umweltbelastende Stoffe zuvermeiden. Die Weiterentwicklung von Betonbau-stoffen im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Leis-tungsfähigkeit erfordert zunehmend ein Verständnisder Strukturen auf der Nanoskala, um Phänomenewissenschaftlich basiert vorhersagen und gezieltoptimieren zu können.

Außen- und Dachfassaden

Außen- und Dachfassaden von Gebäuden sinddurch Witterungseinflüsse und Abgase oftmalshohen Belastungen hinsichtlich Korrosion und Ver-schmutzung ausgesetzt. Allein die Bauschäden, diedurch anhaftende Mikroorganismen auf Fassaden-oberflächen verursacht werden, liegen in Deutsch-land in einer geschätzten Größenordnung von jähr-lich ca. 2–4 Mrd. Euro. Weiterhin muss die Gebäu-dehülle vor Kälte, hohen Temperaturschwankungenund Lärm schützen und den Anforderungen an dasGebäudedesign genügen. Die Nanotechnologienbieten zahlreiche Ansatzpunkte zur Gestaltung mul-tifunktionaler Fassadensysteme durch optimierteBaustoffe, Anstriche und Beschichtungen. Beispiels-weise lassen sich Isolations- und Dämmstoffe durchnanoporöse Materialien deutlich verbessern. AufKieselsäure basierende Aerogele und nanoporösePolymerschäume ermöglichen hoch effiziente Wär-medämmschichten mit deutlich verminderter Dicke

und bieten somit das Potenzial für erhebliche Ener-gie-, Material- und Platzeinsparungen bei der Gestal-tung von Außenfassaden. Das Verschmutzen vonFassadenflächen kann durch nanotechnologischeBeschichtungen und Anstriche aufgrund von selbst-reinigenden Eigenschaften z. B. für Dachziegel undAußenfassadenfarben deutlich reduziert werden.Generell lässt sich durch die Beimischung speziellerNanopartikel in Dispersionen und Beschichtungs-materialien eine Funktionalisierung von Fassaden-flächen erzielen, wie z. B. eine hohe Abriebbestän-digkeit, ein permanenter Schutz vor ultravioletteroder Infrarotstrahlung, antimikrobielle Eigenschaf-ten oder neuartige dekorative Farbeffekte. In Zukunftkönnten darüber hinaus großflächige Beschichtun-gen mit Titandioxid-Nanopartikeln auf Fassaden,Dächern und Verkehrsflächen durch den photokata-lytischen Abbau von Luftschadstoffen aktiv zumUmweltschutz beitragen.

Fenster und Verglasungen

Die Eigenschaften von Glas lassen sich durch nano-skalige Beschichtungen je nach Anforderungsprofilin einem breiten Spektrum optimieren. Beispielehierfür sind Antireflexeigenschaften durch nanopo-röse Siliziumdioxid-Beschichtungen, eine schaltbareTönung von Glasscheiben als Sonnenschutz durchelektrochrome oder photochrome Beschichtungen,eine Verbesserung der Wärmedämmung durchInfrarot reflektierende Silber-Nanoschichten sowieSelbstreinigungseffekte durch superhydrophileTitandioxidbeschichtun-gen. Eine innovativeEntwicklung sind „aktiveLichtlenkfenster“, dieauf Mikrospiegelmodu-len bestehen und zwi-schen den Scheibenkonventioneller Isolier-verglasungen imple-mentiert werden. Diesebeweglichen Mikrospie-gel können je nachBedarf Licht gezielt indie Raumtiefe lenkenoder störendes Blend-licht reflektieren und sorgen somit für eine opti-mierte Tageslichtausleuchtung und Wärmeregula-tion in Gebäuden. Durch nanotechnologische Ent-wicklungen lassen sich somit die Einsatzbereichevon Verglasungen z. B. für Glassfassaden in derGebäudetechnik deutlich erweitern und gleichzeitigEnergie einsparen.

8

Energie- und Beleuchtungstechnik

In der Energietechnik bieten nanotechnologischeInnovationen Ansatzpunkte für Energieeinsparun-gen und verbesserte Möglichkeiten der regenerati-ven Energieerzeugung. Nanostrukturierte Katalysa-toren und Membranen sorgen für Effizienzsteige-rungen in der Brennstoffzellentechnologie. Mittler-weile stellen Brennstoffzellenmodule auf Basis derHochtemperatur- oder Schmelzkarbonattechnologieeine marktreife Alternative für eine dezentrale Strom-und Wärmeerzeugung in Gebäuden mit sehr hohenenergetischen Wirkungsgraden und geringen Koh-lendioxidemissionen dar. Der Bereich der Photovol-taik profitiert ebenfalls von nanotechnologischenInnovationen. Farbstoffsolarzellen auf Basis farb-stoffdotierter Titandioxid-Nanopartikel weisen mitt-lerweile Wirkungsgrade von ca. 10 % auf. Als flexibleund transparente Module bieten Farbstoffsolarzel-len neue Möglichkeiten im Design in der Gebäude-technik, beispielsweise für Glasfassaden. Anwen-dungen der Nanotechnologien im Bereich derBeleuchtungstechnik betreffen in erster Linie dieEntwicklung und den Einsatz energieeffizienter LEDauf Basis anorganischer und organischer Halbleiter-materialien. Die LED-Technik bietet aufgrund derkompakten Bauweise und der variablen Farbgestal-tung neue Möglichkeiten im Design der Beleuch-tungstechnik und ist in einigen Bereichen bereitsetabliert, z. B. für Akzentbeleuchtungen, Beleuch-tung von Aufzügen und Rolltreppen oder Fassaden-beleuchtungen. Die derzeit noch wenig ausgereif-ten organischen Leuchtdioden bieten das Potenzialfür großflächige Beleuchtungsflächen und Bild-schirme auf flexiblen Substraten, die sich in vielenBereichen der Innenausstattung integrieren ließen.

Brandschutz

Nach Angaben der Versicherungswirtschaft liegen dieGebäudeschäden durch Brände in Deutschland ineiner Größenordnung von ca. 1,5 Mrd. Euro pro Jahr.Durch Nanotechnologien bieten sich verschiedeneAnsatzpunkte für die Entwicklung neuartiger Brand-und Flammschutzmittel mit optimiertem Eigenschafts-profil bzw. als Ersatz für umweltbelastende Stoffe, z. B.durch die Anwendung von Nanopartikeln als brand-hemmende Zusatzstoffe in Polymeren. Ebenso findenBrandschutzbeschichtungen und Bindemittel fürNaturbaustoffe auf Basis anorganischer Nanokompo-site sowie Nano-Silicagele für Brandschutzverglasun-gen bereits Anwendung. Im Holzbau sorgen nano-technologische Anwendungen für eine längere Halt-barkeit oder einen verbesserten Brandschutz durchspezielle Imprägniermittel und Beschichtungen.

Inneneinrichtung

Die Nanotechnologien bieten eine Fülle von Mög-lichkeiten, die Oberflächeneigenschaften von Ein-richtungsgegenständen, Wand- und Bodenbelägenfunktional oder ästhetisch zu verbessern. Ein Bei-spiel sind flexible Keramikfolien, die als Fliesener-satz beispielsweise im Sanitär- und Küchenbereicheingesetzt werden können und durch nanotechno-logische Beschichtungstechnik mit speziellen Eigen-schaften (UV-Resistenz, Easy-to-clean, Kratzbestän-digkeit etc.) ausgestattet werden können. AndereBeispiele sind UV-stabile und kratzfeste Versiege-lungsschichten für Bodenparkett, nanoskalige Glas-beschichtungen für Antifingerprinteigenschaftenvon Edelstahlarmaturen oder auch neuartige deko-rative Farbeffekte. Photokatalytisch wirksameBeschichtungen und Anstriche helfen, Gerüche zuvermeiden und Schadstoffe in Innenräumen zubeseitigen. Eine antimikrobielle Ausrüstung vonMöbeln und Fassadenelementen lässt sich durchnanoskalige Silberpartikel erzielen, die fein verteiltin Lacken und Wandfarben dispergiert werden.Durch die Freisetzung von Silber-Ionen werdenBakterien hochwirksam abgetötet. Anwendungsge-biete für diese antimikrobiellen Anstriche und Lackebieten sich vor allem für Inneneinrichtungen vonArztpraxen, Krankenhäusern und Pflegeeinrichtun-gen, wo eine besonders große Gefahr für bakterielleInfektionen besteht.

Infrastrukturbau

Der Infrastrukturbau von Verkehrs-, Ver- und Entsor-gungsanlagen nimmt in Deutschland ein Investi-tionsvolumen von ca. 100 Mrd. Euro ein. Durch denEinsatz nanotechnologisch verbesserter Baustoffe lie-ßen sich in diesem Bereich erhebliche wirtschaftlicheEinsparungen erzielen, z. B. durch korrosionsbestän-dige und hochfeste Betonbaustoffe, Schutzschichtengegen Korrosion, Ablagerungen und Anhaftungen(z. B. für Kühltürme und Rohrleitungen) oder opti-mierte Straßenbeläge mit einer längeren Haltbarkeit.

Außenanlagen

Die Gestaltung von Außenanlagen kann durchNanotechnologie beispielsweise durch Nanobe-schichtungen von Bodenplatten und Natursteinenzum Schutz vor Schmutzablagerungen oder Korro-sion profitieren. Ein weiteres Beispiel sind nanostruk-turierte Wasserspeichermaterialien, die von demFrankfurter Unternehmen Geohumus kommerziellvermarktet werden und zur Einsparung von Wasseru.a. bei Dachbegrünungen sowie im Garten- undSportanlagenbau eingesetzt werden.

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Weltweit finden die Nanotechnologien zunehmendöffentlich Beachtung und werden als eines der wich-tigsten Innovationsfelder bezeichnet. Dabei stellendie Nanotechnologien weniger Basistechnologienim klassischen Sinne mit eindeutig abgrenzbarer

Definition dar, sondern beschreiben vielmehr eineneue interdisziplinäre und branchenübergreifendeHerangehensweise für weitere Fortschritte in derElektronik, Optik, Biotechnologie oder bei neuenMaterialien.

2 Nanotechnologien – eine Einführung

2.1 Definition der Nanotechnologien

In den Nanotechnologien nutzt man zum einen dasKonstruieren mit den elementaren Einheiten derbelebten und unbelebten Natur, nämlich die Atomeund Moleküle, vergleichbar dem Basteln mit einemLego-Baukasten („bottom-up-Ansatz“). Zum anderenstellt man aber auch durch Verkleinerung Strukturenher, welche nur noch ein Tausendstel eines Haar-durchmessers messen („top-down-Ansatz“). DieseAufgabe ist vergleichbar mit der Herausforderung,das gesamte Straßennetz Deutschlands maßstabs-getreu auf einen Fingernagel zu schreiben – undzwar fehlerfrei. Nanotechnologische Verfahren sinddabei teilweise nicht grundlegend neu, sondern oft-mals Weiterentwicklungen bewährter Produktions-und Analysetechniken.

Nano-Effekte wurden vereinzelt sogar schon im Mit-telalter genutzt, etwa bei der Rotfärbung von Kir-chenfenstern durch fein verteilte Goldkolloide oderdie Härtung von Damaszener-Stahl von Säbelklingendurch Kohlenstoffnanoröhren, ohne sich dabei überdie physikochemischen Grundlagen bewusst zusein. Das Wesentliche bei den Nanotechnologienvon heute ist daher die kontrollierte Nutzung nano-skaliger Strukturen, das Verständnis der auf dermolekularen Ebene geltenden Gesetzmäßigkeitenund die daraus abgeleiteten technologischen Ver-besserungen im Material- und Komponentenbe-reich.

Bei der Definition der Nanotechnologien gibt esnoch keine international einheitliche Sichtweise.Speziell die Frage der Abgrenzung zur Mikrotech-nologie, zu bestehenden chemischen und biotech-nologischen Prozessen wird über die Erläuterungvon Beispielen verdeutlicht.

„Nanotechnologien beschreiben 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 System-

komponenten 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 Volumen-

atomen und im quantenmechanischen Verhalten der Materiebausteine begründet.“

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Nanomaterialien besitzen im Vergleich zu gröberstrukturierten Materialien drastisch veränderte Eigen-schaften, die physikalische, chemische und biologi-sche Stoffcharakteristika betreffen. PhysikalischeMaterialeigenschaften eines Festkörpers wie elektri-sche Leitfähigkeit, Magnetismus, Fluoreszenz, Härteoder Festigkeit ändern sich fundamental mit derAnzahl und der Anordnung der wechselwirkendenAtome, Ionen oder Moleküle. Anders als in makro-skopischen Festkörpern können Elektronen in einemNanocluster nur ganz bestimmte „quantisierte“Energiezustände einnehmen, die von der Anzahlder wechselwirkenden Atome beeinflusst werden.Hieraus ergeben sich beispielsweise sehr charakte-ristische Fluoreszenzeigenschaften, die stark mit derGröße des Clusters variieren. So fluoresziert ein 2 nmgroßer Cadmiumtelluridpartikel grünes Licht, ein5 nm großer Partikel hingegen rotes Licht.

Auch chemische Materialeigenschaften hängen sehrstark von der Anordnung und Strukturierung der ele-mentaren Materiebausteine ab. Durch Nanostruktu-rierung lässt sich in der Regel eine deutlich erhöhtechemische Reaktivität erzielen, da Materialien beieiner Aufteilung in nanoskalige Substrukturen einstark vergrößertes Verhältnis von reaktiven Oberflä-chenatomen zu reaktionsträgen Teilchen im Innereneines Feststoffes aufweisen. In einem Partikel miteinem Durchmesser von 20 nm befinden sich bei-spielsweise ca. 10 % der Atome an der Oberfläche,in einem 1 nm großen Partikel beträgt der Anteil derreaktiven Oberflächenatome bereits 99 %.

In der Biologie spielen Nanomaterialien ebenfallseine entscheidende Rolle, da nahezu alle biologi-schen Prozesse von nanoskaligen Strukturbaustei-nen wie Nukleinsäuren, Proteinen etc. gesteuert wer-den. Der Aufbau komplexer biologischer Systemewie Zellen und Organe erfolgt hierbei nach demPrinzip der Selbstorganisation, wobei einzelne Mole-küle auf Basis chemischer Wechselwirkungen undmolekularer Erkennungsmechanismen zu größerenEinheiten zusammengesetzt werden.

Durch Nanostrukturierung ergeben sich somit neuar-tige Möglichkeiten für ein intelligentes Material-design, bei dem gewünschte Materialeigenschaftenkombiniert und für den jeweiligen technischen An-wendungszweck gezielt angepasst werden können.

Chemisch

a Easy-To-Clean-Eigenschaften vonOberflächen durch nanopartikuläreBeschichtungsmaterialien

a Gezielte, selektive Löslichkeit vonmedizinischen Wirkstoffen undLebensmittelzusatzstoffen

a Effizientere Abgaskatalysatoren in Auto-mobilen durch vergrößerte Katalysator-oberflächen und dadurch geringerenEdelmetallverbrauch

a Leistungsfähigere Batterien undAkkumulatoren durch höhere spezifischeElektrodenoberflächen

Mechanisch

a Verbesserte Kratzfestigkeit von Lackendurch keramische Nanopartikel

a Verbesserte Steifigkeit von Sportgerätendurch Zusatz von Nanopartikeln

a Erhöhte Gasdichtigkeit von Lebensmittelver-packungen durch Zusatz von Nanopartikelnoder Nanobeschichtungen

Optisch

a Spezielle Farbeffekte bei Farben undLacken (z. B. Interferenzpigmente)

a Transparenter UV-Schutz in Kosmetika,Textilien oder Möbeln

a Spezifische Absorptions- und Fluoreszens-eigenschaften bei Sicherheitspigmentenund medizinischen Schnelltests

a Antireflexeigenschaften bei Displaysund Anzeigen

Biologisch

a Antibakterielle Eigenschaften von Gebrauchs-gegenständen durch Silbernanopartikel

a Erhöhte Durchlässigkeit für physiologischeBarrieren (Zellmembranen, Blut-Hirn-Schrankeetc.) in Medikamenten

a Erhöhte Biokompatibilität durch Nanostruk-turierung von Knochenersatzmaterialien,Wundverschlüssen

2.2 Nano-Effekte als Basis für Produktinnovationen

Beispiele und Anwendungen für nanotech-

nologisch einstellbare Materialeigenschaften

11

Die Investitionen im Bereich der Nanotechnologiensummieren sich mittlerweile weltweit auf annähernd10 Mrd. $ pro Jahr, wobei die öffentlichen und pri-vatwirtschaftlichen Investitionen mit ca. 4,6 Mrd. $bzw. 4,5 Mrd. $ sich ungefähr die Waage halten.Hinzu kommen ca. 500 Mio. $ an Venture CapitalInvestment (Stand 2005, Quelle: Lux Research 2006).In Bezug auf die privatwirtschaftlichen Investitionenliegen die USA an der Spitze, dicht gefolgt von Asienund deutlich vor Europa. Hinsichtlich der öffent-lichen Investitionen zählt Europa (EuropäischeKommission und Mitgliedstaaten) jedoch mit ca.1,3 Mrd. $, die USA (Bundesebene und Bundesstaa-ten) mit ca. 1,2 Mrd. $ sowie Japan mit ca. 750 Mio. $zu den weltweit führenden drei Regionen in derNanotechnologie. Allerdings verstärken weitereStaaten, insbesondere in Südostasien, China undIndien, ihr Engagement erheblich und schließenrasch auf. Dieses enorme staatliche Engagementwird getrieben von hohen Erwartungen hinsichtlichdes volkswirtschaftlichen Nutzens in Form vonUmsätzen und Arbeitsplätzen, die unmittelbar annanotechnologische Entwicklungen gekoppelt sind.

Deutschland hat im internationalen Vergleich einegute Position in der Nanotechnologie. Hinsichtlichder öffentlichen F&E-Ausgaben und der Patentan-meldungen in der Nanotechnologie liegt Deutsch-land weltweit auf Platz 3. Bei nanowissenschaftlichenPublikationen lag Deutschland in den letzten Jahrenebenfalls an 3. Position, ist aber mittlerweile durchChina auf Platz 4 verdrängt worden. Zu den StärkenDeutschlands zählen die gut ausgebaute F&E-Infra-struktur und das hohe Niveau von Forschung undEntwicklung in verschiedenen Teilbereichen derNanotechnologie, wie den Bereichen Nanooptik,Nanomaterialien, Nanoanalytik und der Nanobio-technologie. Ebenso ist mit derzeit über 600 Unter-nehmen, die sich mit der Entwicklung, Anwendungund dem Vertrieb nanotechnologischer Produktebefassen, die industrielle Basis für die Verwertungder Forschungsergebnisse vorhanden. Hessen zähltmit knapp 100 Unternehmen innerhalb Deutsch-lands zu den stärksten Regionen in der wirtschaftli-chen Nanotechnologie-Umsetzung.

In vielen Wirtschaftszweigen liefert nanotechnologi-sches Know-how bereits heute entscheidendeBeiträge zur wirtschaftlichen Wettbewerbsfähigkeit– dies insbesondere in den Massenmärkten der Elek-tronik, der Chemie und der Optischen Industrie. Mit-tel- bis langfristig wird die Nanotechnologie auch inden Bereichen Automobilbau, den Life Sciences undklassischen Industriezweigen, wie der Bau- und Tex-tilindustrie, einen erheblichen kommerziellen Ein-fluss entfalten.

Obwohl die enorme wirtschaftliche Bedeutung derNanotechnologie als Schlüssel- und Querschnitts-technologie unbestritten ist, lässt sich das wirt-schaftliche Potenzial der Nanotechnologie kaumquantifizieren. Dies liegt u. a. daran, dass die Nano-technologie als „enabling technology“ in der Regelrelativ früh in der Wertschöpfungskette ansetzt, d. h.bei der Optimierung von Komponenten / Zwischen-produkten, z. B. durch nanoskalige Beschichtungenoder nanostrukturierte Werkstoffe. Diese Kompo-nenten machen in der Regel nur einen geringenAnteil an den fertigen Endprodukten (Konsum- undInvestitionsgüter) aus. Der Marktwert der nanotech-nologischen Komponenten an der Wertschöpfungdes Endproduktes ist dabei oftmals nicht exakt zubestimmen. Ohne Anwendung nanotechnologi-scher Verfahren und Komponenten wären Produktein vielen Industriezweigen jedoch häufig nicht kon-kurrenzfähig (z. B. Festplattenspeicher, Computer-chips, Ultrapräzisionsoptiken etc.).

2.3 Internationaler Stand der Nanotechnologie

12

Auch im Bausektor trägt die Nanotechnologiebereits in verschiedenen kommerziellen Produktenzur Wertschöpfung bei. Hessischen Unternehmenund Handwerksbetrieben werden sich künftig aus-sichtsreiche Marktpotenziale und Wachstumschan-cen durch nanotechnologische Innovationen erge-ben. Durch verbesserte nanotechnologische Pro-dukte werden innovative Firmen die Chance erhal-ten, konventionelle Technologien aus dem Markt zudrängen, neue Märkte durch neuartige Produkte zuerschließen, Exportchancen durch einen Innovati-onsvorsprung zu verbessern und teilweise sogar völ-lig neue Wertschöpfungsstrukturen zu generieren.

Allein in Deutschland beträgt das jährliche Bauvolu-men über 230 Mrd. Euro. Direkt von der Nanotech-nologie beeinflusste Märkte umfassen nahezu dengesamten Baustoffbereich wie Isolationsmaterialien,Architekturglas, zementgebundene Baustoffe, Fas-sadenbeschichtungen, Farben und Lacke. Ein aus-sichtsreicher Markt ist hier beispielsweise derBereich thermische Gebäudeisolierung, der nachPrognosen von Frost & Sullivan allein in Europa von2.5 Mrd. Euro in 2005 auf 2.9 Mrd. Euro in 2012ansteigen wird – auch aufgrund steigender regula-torischer Anforderungen hinsichtlich des Klima-schutzes. Nanomaterial basierte Produkte habenhier eine große Chance konventionelle Produkte wieGlaswolle zu substituieren.

Ein noch größerer Markt ergibt sich im Flachglasbe-reich mit einem Weltmarktvolumen von ca. 15 Mrd.Euro für unveredelte Flachglas-Rohprodukte und ca.42 Mrd. Euro für veredelte Spezialgläser, wie Isolier-fenster, Automobilscheiben oder Displayabdeckun-gen. Die Wertschöpfung für Veredelungstechnolo-gien wie den Nanotechnologien ist hier besondersattraktiv, wobei im Bausektor Wachstumsraten imFlachglasbereich von jährlich ca. 5 % prognostiziertwerden.1

Der Weltmarkt für Bauchemikalien hat derzeit eineGröße von rund 13 Mrd. Euro, wächst pro Jahr umvier bis fünf Prozent und ist geprägt von relativ kon-junkturrobusten Margen und einem hohen Innova-tionspotenzial.2 Der Anteil der Nanotechnologie inden genannten Märkten wird in den nächsten Jah-ren deutlich ansteigen. So wird sich nach Prognosender Freedonia Group der Umsatz nanotechnologi-scher Produkte im Bauwesen allein in den USA vonderzeit 20 Mio. $ auf über 100 Mio. $ im Jahr 2011verfünffachen.3

Zusätzlich zu den direkt adressierten Märkten wer-den die Nanotechnologien durch Baustoffinnova-tionen auch eine wirtschaftliche Hebelwirkung aufnachfolgenden Stufen der Wertschöpfungskette wie

der Bauindustrie, der Handwerksbetriebe und auchder Bauplaner ausüben. Nanotechnologie-Innova-tionen könnten z. T. sogar völlig neue Wertschöp-fungsstrukturen schaffen, wie beispielsweise imBereich keramischer Fliesen als Wand- und Boden-beläge. Die Degussa hat hier mit der keramischenFliesentapete ein Produkt in den Markt eingeführt,das althergebrachte Material- und Produktionsket-ten von Grund auf ändern könnte. Hier bieten sichaussichtsreiche Substitutionschancen auch imExportbereich bei einem weltweiten Verbrauch vonüber 500 Mio. Tonnen Keramikfliesen pro Jahr,wobei die größten Produzenten aus China, Italien,Spanien und Brasilien kommen.4

KeramischeFolien als

Wandbelag

HocheffizienteFassadendämmung

Antifingerprint undantibakterielle

Eigenschaften fürArmaturen und Möbel

Schmutzabweisendeoder selbstreinigende

Fassadenflächen

SelbstreinigendeScheiben undFensterprofile

1 Quelle: glasstec

www.glasstec-online.com/

cipp/md_glasstec/custom

/pub/content,lang,1/oid,

3527/ticket,g_u_e_s_t

Abruf 20.2.2007

2 Quelle: BASF 2006

www.rp-online.de/

public/article/aktuelles/

244471

Abruf 28.2.2007

3 Quelle: Freedonia

Group: Nanotechno-

logy in Construction,

Market Report, Mai

2007 www.freedonia-

group.com

4 Quelle: BFAI 2006

www.bfai.de/fdb-SE,

MKT20060104084050,

Google.html

Abruf 1.3.2007

13

Die Nanotechnologien bieten als Schlüssel- undQuerschnittstechnologien eine Fülle von Möglich-keiten, die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Bau-wirtschaft durch technologische Innovationen zu stär-ken, die das Bauen schneller, flexibler, besser, nach-haltiger und kostengünstiger machen können. DieAnwendungsmöglichkeiten umfassen nahezu alleBereiche des Bauwesens vom Rohbau, der Fassa-dengestaltung, der Haustechnik bis zur Innenaus-stattung. Auch der Infrastrukturbau von Energieanla-gen, Straßen, Brücken und Kanälen kann wesentlichvon nanotechnologischen Innovationen profitieren.

Die Kontrolle von Materialeigenschaften auf derNanoskala und die damit verbundenen physikoche-mischen Effekte ermöglichen die Herstellung hoch-leistungsfähiger und multifunktionaler Baustoffe, dieeinen Mehrwert hinsichtlich der architektonischenGestaltungsfreiheit, des Gebrauchsnutzen, desDesigns, der Haltbarkeit und Qualität, aber auch hin-sichtlich der Wirtschaftlichkeit und Umweltverträg-lichkeit im Bauwesen bietet. Die folgende Abbildunggibt eine Übersicht zum Anwendungsspektrum.

3 Innovationspotenziale der Nanotechnologien im Bauwesen

Das „Nanohaus“:

Überblick zu Anwen-

dungsbeispielen

der Nanotechno-

logien im Hausbau

(Quellen: SCHRAG

GmbH, VDI TZ)

Farbstoffsolarzellenzur regenerativenEnergieversorgung

Antireflexschichtenfür Solarzellen

Steuerung desLicht- und Wärme-stroms durch smart windows

Brennstoffzellen für die Haustechnik

Selbstreinigendeund dekorativeDachziegel

BrandgeschützeDämmwolle für Dachisolationen

Optimierte Beton-eigenschaften fürGebäudestrukturen

BrandgeschützteTüren, Fenster und Kabel

Verschmutzungs -resistenteBodenplatten

14

Der Bausektor in Deutschland war in den letzten Jah-ren einer andauernden Rezession ausgesetzt, dieeinen tiefgreifenden Strukturwandel erforderlichmacht. Das Bauwesen wurde lange Zeit nicht durcheine Qualitätsdifferenzierung und technologischeInnovationen, sondern fast ausschließlich durcheinen Kostenwettbewerb dominiert. Angesichts sichdramatisch wandelnder Wettbewerbsbedingungenund in einem gesellschaftlichen Umfeld, das durcheinen demografischen Wandel, wachsende Klima-schutzanforderungen und einen stärker werdendeninternationalen Konkurrenzdruck geprägt ist, kanndie deutsche Bauwirtschaft langfristig nur durchmehr Innovationen und eine ständige Anpassung andie Kundenanforderungen bestehen.

Als eine der größten Herausforderungen im Baube-reich in den nächsten 5 bis 10 Jahren wird die Sanie-rung des Bestandes an Wohnungs- und Gewerbe-gebäuden in Deutschland hinsichtlich der Energie-effizienz angesehen. Ca. 80 % des Gebäudebestan-des hat einen mehr als doppelt so hohen Heiz-wärmebedarf als nach der aktuellen Wärmeschutz-verordnung für Neubauten zulässig ist.

Dementsprechend hoch ist der Bedarf nach effizien-teren Energiemanagement- und Wärmedämmsyste-men sowie einer optimierten und möglichst regene-rativen Energieversorgung (z. B. Photovoltaik).

Als weitere Herausforderungen, denen sich das Bau-wesen in Zukunft stellen muss, sind beispielsweisezu nennen:

a Funktionsintegration und Werterhalt vonGebäudeteilen, z. B. multifunktionale Fassaden,die optimale Temperatur- und Lichtverhältnisseermöglichen und gleichzeitig vor Korrosion,Pilzbefall oder Vandalismus geschützt sind

a Erfüllen von steigenden Kundenanforderungen(Customer Convenience) im Hinblick auf Designund Wohnkomfort sowie die Beseitigung vonStöreinflüssen wie Verschmutzung, Lärm, Feuch-tigkeit oder unangenehmen Gerüchen

a Neue städtebauliche Anforderungen infolgedes demographischen Wandels, der Verkleine-rung der durchschnittlichen Haushaltsgrößensowie neuer Wohnformen und Trends(z. B. altersgerechtes Wohnen)

a Sicherheitsorientiertes Bauen durch zunehmendeGefahr durch Umwelt-, Kriminalitäts- oder Terror-einflüsse

a Einsparung von Rohstoffen und Energie bei derBaustoffproduktion sowie der Konstruktion unddem Betrieb von Wohn- und Infrastrukturbauten

a Aus- und Weiterbildung müssen als Innovations-voraussetzungen wieder einen deutlich höherenStellenwert erhalten

a Zunehmende Internationalisierung bei regionalstark unterschiedlichen Regulierungen undMarkterfordernissen

Die Nanotechnologien könnten wesentliche Bei-träge leisten, um diesen Anforderungen gerecht zuwerden, ein positives, innovatives Leitbild für dieBaubranche zu schaffen und in das Bewusstseineiner breiteren Öffentlichkeit zu rücken als Voraus-setzung für zukünftige wirtschaftliche Erfolge.

3.1 Anforderungen im Bauwesen

Anteil der Wohnungen (%)

Hei

zwär

meb

edar

fkW

h/(

m2

*a)

300

250

200

150

100

50

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

bis 1918 1919–48 1949–57 1958–68

1969

-77

1.W

SVO

2.W

SVO

3.W

SVO

Nie

dri

gen

erg

ie-S

tan

dar

dPa

ssiv

hau

s-St

and

ard

Heizwärmebedarf des Wohngebäudebestandes in Deutschland (Quelle: FhG-ISE)

15

Die Bauindustrie ist einer der global wichtigstenIndustriesektoren der Welt mit ausgeprägten regio-nalen Eigenheiten. In der globalen Bauindustrie wer-den laut einer Studie von PricewaterhouseCoopers10 % des weltweiten Bruttosozialproduktes von 7 %aller Beschäftigten erbracht. Der Baustoff Beton istdas vom Volumen her größte von Menschen produ-zierte Wirtschaftsgut weltweit überhaupt. Das jährli-che Bauvolumen in Deutschland liegt bei ca. 230Mrd. Euro und mehr als eine Million Menschen sindhierzulande im Bausektor beschäftigt. Ca. die Hälftedes Bauvolumens machen mittlerweile Bauerhaltungund Sanierungsmaßnahmen aus.

Wichtig für eine erfolgreiche Umsetzung nanotech-nologischer Innovationen ist eine hohe Vernetzungaller Akteure der komplexen Wertschöpfungsketteim Baubereich. Diese umfasst neben der Herstellungvon Grund-, Roh- und Baustoffen, dem Handel, derBaurealisierung und -planung auch die Kundenseite(öffentliche und private Auftraggeber) sowie denFinanzsektor (Versicherungen, Kreditgeber) und dieöffentliche Hand (Forschung und Regulierung). Inno-vationen im Bauwesen erfordern ein abgestimmtesHandeln und frühzeitige Einbindung möglichst aller

relevanten Partner unter Berücksichtigung der Rah-menbedingungen der Regulierung sowie aktuellergesellschaftlicher Trends und Entwicklungen auf derAngebots- und Nachfrageseite, um zu vermeiden,dass marktreife Produkte an Vorschriften oder zustark kurzfristig orientiertem Kostendenken scheitern.

3.2 Märkte und Wertschöpfungsketten

Sonstiger Tiefbau10,4 Mrd €

Wohnungsbau129 Mrd. €

Gewerblicher Hochbau45,7 Mrd. €

Öffentlicher Hochbau14,1 Mrd. €

Tiefbau, Wirtschaftlicher Bau20,7 Mrd. €

Straßenbau11,1 Mrd. €

Gesamt: 231,1 Mrd. €

Bauvolumen nach

Baubereichen in

Deutschland im Jahr

2004 (Quelle: BBR)

Wertschöpfungsketten

im Bauwesen und

marktbeeinflussende

Umfeld- und Rahmen-

bedingungen

(Quelle: VDI TZ GmbH)

Umfeld-/Rahmenbedinungen

AngebotseiteRohstoff/-Energiekosten, Material-und Verfahrensinnovationen …

NachfrageseiteFinanzierungKundenanforderungen …

RegulierungBaustoff/Chemikalien-ZulassungEnergiesparverordnungen …

Gesellschaftliche TrendsDemographische EntwicklungKlimawandel, Innere Sicherheit,Terrorgefahr …

Keramik/GlasverarbeitungArchitektur-/FensterglasBau-/Sanitär-Keramik ...

Metall-/HolzverarbeitungBaustahlNaturbaustoffeBauholz ...

Baustoffherstellungund -handel

BauchemieLacke und AnstricheMörtel, Zement, BetonHolzschutz ...

Architekten/PlanerBauingenieureArchitektenInnenarchitektenStädteplaner ...

Bau-Handwerk

Baurealisierungund -planung

BauindustrieHochbau,TiefbauStraßenbauEnergieanlagenbau ...

MetallerzeugungStahlAluminiumNE-Metalle ...

RohstoffgewinnungHolz und NaturfasernMineralstoffe ...

Grund- undRohstoffherstellung

Chemische GrundstoffePigmente, KlebstoffeBeschichtungsmaterialienPolymere, Additive ...

Öffentliche BautenBürobauWohnungsbauInfrastrukturbau, VerkehrswegeKulturbau ...

PrivatbauWohnungsbau

Auftraggeber/Kunde

IndustriebautenProduktionsanlagenBürogebäude ...

16

Die Strategien für die Kommerzialisierung nano-technologischer Innovationen müssen den speziel-len Erfordernissen im Bauwesen angepasst werden.So erfordern lange Gewährleistungszeiten von Bau-produkten einen hohen Reifegrad neuer Entwick-lungen, bevor sie auf den Markt gebracht werdenkönnen. Wichtig erscheint daher eine ausreichendeöffentliche Förderung für die Vorlaufforschung undwirtschaftlich zumutbare und eventuell aus öffentli-cher Hand unterstützte Versicherungskonditionenfür die Hersteller und Anwender innovativer Pro-dukte.

Die Gesetzgebung kann über Richtlinien zur Ener-gieeffizienz von Gebäuden einen erheblichen Ein-fluss auf Innovationen nehmen. Die Photovoltaik, diemittlerweile einen dynamischen Wirtschaftszweig inDeutschland darstellt, ist ein eindrucksvolles Beispielhierfür. Weiterhin von großer Bedeutung ist dieInformation und Schulung der Baurealisierer hin-sichtlich Möglichkeiten und fachgerechtem Umgangmit neuen Werkstoffen und Technologien. Nur beiausreichend geschultem Personal und fachkundigerAnwendung lassen sich die Vorteile nanotechnolo-gischer Produktlösungen realisieren. ErfolgreichePraxisbeispiele und Pilotprojekte sind erforderlich,um Kundenvertrauen zu generieren und neue Tech-nologien am Markt zu etablieren.

Der Einfluss der Nanotechnologien im Baubereichwird sich überwiegend in frühen Stufen der Wert-schöpfungskette bemerkbar machen, insbesondereim Bereich der Bauchemie. Durch Veredelungsaddi-tive, Bindemittel, Dämmstoffe oder Beschichtungs-materialien lassen sich durch die chemischen Nano-technologien nahezu in allen Bereichen des Bauensgesamtwirtschaftlich effizientere Lösungen undNachhaltigkeit steigernde Eigenschaften realisieren.Beispiele für derartige Innovationen sind selbstver-dichtende Betonwerkstoffe durch optimierte Addi-tive auf Basis nanoskaliger Polymerfunktionalitäten,Ultra-Hochleistungsbetone durch gezielte Optimie-rung der Kornstruktur mit synthetischen Nanoparti-keln, effiziente Dämmsysteme aus minimal wärme-leitfähigen nanoporösen Materialien mit integrierterStrahlungsreflektion oder anschmutzungsresisten-ten Fassadenfarben auf der Basis nanoskaliger Struk-turierung und Materialverbindungen. Die BereicheBeton, Energiemanagement und Beschichtungenwerden in der Zukunft am stärksten durch Innova-tionen auf der Basis chemischer Nanotechnologienprofitieren.

Wertschöpfung im

Baubereich durch

nanotechnologische

Beschichtungsverfah-

ren am Beispiel eines

Sol-Gel-Verfahrens

für die Herstellung

von Antireflektions-

schichten für Flach-

glas mit Anwen-

dungsbereichen z. B.

in der Photovoltaik

(Quelle: Centrosolar

GmbH)

Hydrolyse und Kondensationvon TMOS

Zugabe von35 nm Partikeln

Stabilisierung Tauch-beschichtung

Trocknung Calcinierung

BimodalePartikelgrößen-verteilung

Solarpur™„Hybrid“ Sol Sol-Film Gel-Film

Nanoporöse SchichtNanopartikel

Sol-Herstellung Beschichtungsprozess Härtung

17

Der wirtschaftliche Erfolg der Nanotechnologien,insbesondere im Baubereich, ist eng an die gesell-schaftliche Akzeptanz von Nanomaterialien gekop-pelt. In jüngerer Zeit werden wissenschaftlicheErgebnisse zu human- und ökotoxischen Gefahrenvon Nanomaterialien, insbesondere von Nanoparti-keln, verstärkt in den Medien und der Öffentlichkeitdiskutiert. Auch wenn derzeit keine belastbaren Hin-weise auf eine Gefährdung der Bevölkerung beste-hen, muss der Kenntnisstand über mögliche Um-welt- und Gesundheitsfolgen durch Freisetzung vonNanopartikeln für eine bessere Einschätzung desGefährdungspotenzials erweitert werden. Aus einemin diesem Gebiet derzeit noch fehlenden Wissenkönnten sich Hemmnisse für die Markteinführungvon Produkten der chemischen Nanotechnologienergeben. Die Hersteller von Nanomaterialien sindhier in der Verantwortung, durch hohe Produkt- undProduktionsstandards die Entstehung von Risiko-situationen wie z. B. die Exposition von Verbrauchernmit ungebundenen Nanopartikeln zu vermeiden.

Durch eine feste Einbettung in Verbundstoffe kanndas Risiko der Freisetzung von Nanopartikeln weit-gehend ausgeschlossen werden. Dennoch müssennoch offene Fragen geklärt und eine Wissensbasisgeschaffen werden, die einen schnellen Überblicküber bereits vorhandene Daten und Testmethodenliefert, um das Entwicklungsrisiko und einhergehenddamit auch ein finanzielles Risiko für die beteiligten

Unternehmen zu verringern. Die Erforschung desGefährdungspotenzials von Nanomaterialien ist hier-bei in hohem Maße gesellschaftlich relevant unddaher auch eine staatliche Aufgabe. Das Bundes-forschungsministerium fördert eine Reihe vonProjekten zur Aufklärung möglicher Gefährdungs-potenziale durch Nanomaterialien, wie z. B. das For-schungsprojekt NanoCare mit einem Finanzvolumenvon ca. 10 Mio. Euro bis zum Jahr 2009. Auch dieIndustrie zeigt ein verstärktes Engagement in For-schungsaktivitäten und Gremien, wie beispielsweisedem VCI / Dechema-Arbeitskreis „Responsible Useof Nanomaterials“.

Um Imageschäden und eine Verunsicherung vonVerbrauchern zu vermeiden, ist es wichtig, dass dievorliegenden Ergebnisse zu Gesundheits- undUmwelteffekten von Nanopartikeln und deren Inter-pretation durchschaubar und zielgruppengerechtkommuniziert werden. Nur so lässt sich eine lang-fristige Akzeptanz in der Öffentlichkeit und beiAnwendern von neuen Nanomaterialien und daraufbasierenden Produkten erreichen. Die derzeitigenAktivitäten im Bereich der Standardisierung undNormung im Bereich der Nanotechnologien sowiedie Schaffung transparenter Qualitätssiegel fürnanotechnologische Produkte könnten wichtige Bei-träge für die Schaffung eines nachhaltigen Kunden-vertrauens liefern.

3.3 Verbraucherschutz und Sicherheit

Der Fall „Magic-Nano“

Im März 2006 wurden zwei Versiegelungssprayswegen erwiesener Gesundheitsgefährdungen ausdem Handel genommen: „Magic Nano Bad- undWC-Versiegeler“ und „Magic Nano Glas- und Kera-mik-Versiegeler“ der Fa. Kleinmann. Dem Bundes-institut für Risikobewertung (BfR) wurden mehr als70 Fälle mit gravierenden Gesundheitsstörungennach der Anwendung der Haushaltsproduktegemeldet. Betroffene, die Bestandteile des Sprayseingeatmet hatten, klagten über Atemnot und insechs Fällen mussten Lungenödeme klinischbehandelt werden. Der Fall zog ein internationalesMedienecho nach sich und es wurden Mutmaßun-gen über einen möglichen Zusammenhang derschädlichen Wirkungen mit der Verwendung vonNanomaterialien geäußert. Untersuchungen desBfR haben jedoch eindeutig ergeben, dass dasProdukt keine nanopartikulären Materialien enthieltund die Gesundheitsbeeinträchtigungen somitdurch andere Inhaltsstoffe verursacht worden sind.

Der Begriff „nano“ wurde bei dem Produkt aus Wer-bezwecken verwendet und sollte nach Angabendes Herstellers auf die Ausbildung der dünnen (inder Regel allerdings einige µm dicken) Versiege-lungsschicht hinweisen.Obwohl die Vermutung hinsichtlich gesundheits-gefährdender Eigenschaften von Nanomaterialienin diesem Beispiel zweifelsfrei entkräftet werdenkonnten, weist der Fall doch auf zwei charakteristi-sche Probleme in der öffentlichen Kommunikationim Zusammenhang mit nanotechnologischen Inno-vationen hin: Es gibt derzeit keine rechtliche Ein-schränkung für die Verwendung des allgemeinenBegriffes „nano“ in Produkten. Für den Verbraucherist es so oftmals nicht transparent, ob derartige Pro-dukte unter Anwendung von Nanotechnologienhergestellt worden sind, welche Produkteigen-schaften mit dem Begriff „nano“ kommuniziert wer-den sollen und welche innovativen oder womög-lich auch gefährdende Eigenschaften derartige

Produkte tatsächlich aufweisen. Es wird diskutiert,inwieweit die Einführung von Qualitätssiegeln undZertifikaten im Zusammenhang mit nanotechnolo-gischen Innovationen zur Verbesserung des Ver-braucherschutzes und der Markttransparenz sinn-voll bzw. erforderlich ist.Das mediale Interesse bei Negativmeldungen undUnfällen im Zusammenhang mit den Nanotechno-logien ist besonders hoch. Es ist daher notwendig,

Reaktionsmechanismen auf Seiten der Unterneh-men und Behörden zu etablieren, die rascheGegen- und Aufklärungsmaßnahmen bei Störfällenin die Wege leiten. So kann realen Risiken derNanotechnologien frühzeitig entgegengewirkt,aber auch unbegründete Verdachtsmomente wieim Fall Magic-Nano schnell entkräftet werden, umeine Diskreditierung des gesamten Technologie-feldes zu vermeiden.

„nano” – simply the (As)best!?

In Medienberichten werden häufig Analogien zwi-schen Asbest und Nanomaterialien gezogen.Asbest – eine Sammelbezeichnung für verschie-dene, natürlich vorkommende, faserförmige Silikat-Minerale – galt aufgrund seiner Eigenschaften, wiehohe Festigkeit, Hitze- und Säurebeständigkeitsowie einer hervorragenden Wärmeisolierung,lange Zeit als „Wunderfaser“ und fand breitestetechnische Anwendung u. a. in der Bauindustrie.Aufgrund der eindeutig festgestellten Gesund-heitsgefahren, die von Asbest ausgehen, ist derEinsatz heute in vielen Ländern verboten, unteranderem in der ganzen EU. Die durch Asbest ver-ursachten Schäden durch Berufskrankheiten undnotwendige Sanierungsmaßnahmen haben alleinin den USA Versicherer und Rückversicherer bis-lang mehr als 135 Mrd. $ gekostet. Wie konnte eszu so einem hohen Schadensausmaß kommen?Hauptursache hierfür ist sicherlich, dass früheWarnsignale bezüglich gesundheitlicher Risikenvon Asbest lange Zeit ignoriert worden sind unddie zuständigen Behörden nur sehr zögerlich regu-latorische Maßnahmen ergriffen haben. Bereits um1900 wurde die Asbestose als Krankheit entdeckt.1943 wurde Lungenkrebs als Folge von Asbestbe-lastungen als Berufskrankheit anerkannt und seit1970 wird die Asbestfaser offiziell als krebserzeu-gend bewertet. Dennoch dauerte es bis 1979, daserste Asbestprodukt (Spritzasbest) zu verbieten.Weitere Einschränkungen folgten, bis 1990 inÖsterreich und 1993 in Deutschland der Einsatzvon Asbest gänzlich verboten wurde.

Es ist klar, dass sich ein Fall wie Asbest in den Nano-technologien nicht wiederholen darf. Die Chancenfür die Vermeidung derartiger Risiken sind sehr gut,da bereits sehr frühzeitig Maßnahmen für einegrundlegende Untersuchung möglicher toxikolo-gischer Risiken durch Nanomaterialien ergriffenwerden und auch die Regulierungsbehörden sen-sibilisiert sind. Ebenso ist mittlerweile klar, dass dietoxikologischen Eigenschaften von Asbest aufmikroskaligen faserartigen Strukturen basieren, diedie Zellen schädigen und Entzündungsreaktionenhervorrufen. Eine unmittelbare Analogie zu mögli-chen toxikologischen Wirkungen von Nanomate-rialien ist diesbezüglich daher eher nicht zubefürchten. Um dennoch etwaige Risiken frühzeitigzu identifizieren, fördert das Bundesforschungsmi-nisterium die Sicherheitsforschung zu Nanomate-rialien im laufenden Projektcluster NanoCare mitrund 8 Mio. Euro bis 2009. Um unbegründeten Vor-behalten und medialer Panikmache entgegenzu-wirken, ist es ebenso wichtig, eine ausgewogeneRisiko-Kommunikation zu etablieren, die den aktu-ellen Wissensstand an beteiligte Gruppierungenwie Verbraucher, Behörden oder Umweltschutzor-ganisationen vermittelt. Das Land Hessen hat zudiesem Zweck eine Kommunikationsplattform imInternet geschaffen und einen Leitfaden zur Kom-munikation von Chancen und Risiken der Nano-technologien für kleine und mittelständische Unter-nehmen in Hessen entwickelt (s. Broschüre „Nano-Kommunikation“).

18

19

Beton – ein künstliches Gestein aus Zement, Beton-zuschlag (Sand und Kies oder Splitt) und Wasser – istmit einer Jahresproduktion von über 10 Mrd. t welt-weit das mengenmäßig größte von Menschen pro-duzierte Wirtschaftsgut und mit Abstand der wich-tigste Baustoff im Massiv- und Rohbau. Die hohe Fes-tigkeit von Betonen basiert auf Kristallstrukturen, dielediglich einige Nanometer groß sind. Die Verwen-dung von Nanomaterialien als Zuschlagstoffe fürzementbasierte Baustoffe und neue Verfahren zurNanostrukturaufklärung haben in den letzten JahrenAnsatzpunkte für deutliche Werkstoffverbesserun-gen im Bereich der Betonbaustoffe gegeben. DieNanotechnologien sorgen hier für Materialverbes-serungen durch die Verwendung von Nanopulvernals Zuschlagstoffe in Zementmischungen. Dadurchkönnen nicht nur die Festigkeit, Beständigkeit undVerarbeitbarkeit von Beton und Mörteln verbessertwerden, sondern prinzipiell sind auch weitere Funk-tionalitäten wie elektromagnetische Abschirmung,Wärmeschutz, Regulierbarkeit der thermischen Leit-fähigkeit, Farbänderungen und katalytische Reak-tionen zum großflächigen Schadstoffabbau denkbar.

Als nanoskalige Zuschlagstoffe zur Verbesserungvon Beton- / Mörteleigenschaften werden beispiels-weise nanoskalige Metalloxide (z. B. kolloidales Sili-ziumdioxid) oder Blockcopolymere bereits kom-merziell eingesetzt. Durch Anwendung von kolloi-dalem Siliziumdioxid, das eine Partikelgrößenvertei-lung typischerweise im Größenbereich von 5 bis30 nm aufweist, lassen sich die Festigkeit des Betonssowie die Beständigkeit gegenüber Säurekorrosionweiter verbessern. Der Effekt basiert im Wesent-lichen auf einer hohen aktiven Oberfläche des kol-loidalen Siliziumdioxids (Kieselsäure) und ihrerFähigkeit, mit Bestandteilen des Zementes zusätz-liche festigkeitssteigernde Reaktionsprodukte zu bil-den. Die beschleunigte und intensivere Abbin-dungsreaktion sowie die modifizierte chemischeZusammensetzung des Zements wirken sich positivauf die Mikrostruktur des Betons aus. Diese Betoneerreichen eine stahlähnliche Druckfestigkeit vonüber 200 N / mm2, im Labor sogar bis 500 N / mm2.Polymerzusätze führen als „Abstandhalter“ zu einerVerflüssigung und Stabilisierung von Zementsus-pensionen, was für die Entwicklung selbstverdich-tender Betone genutzt wird. Diese Betone habeneine verbesserte Fließfähigkeit, passen sich optimalden Verschalungen an und machen eine nachträg-liche Verdichtung des Betons überflüssig.

4 Nanotechnologieanwendungen im Bausektor

4.1 Zementgebundene Baustoffe

Polymere als

Abstandhalter in

der Zementmatrix

verbessern die Fließ-

fähigkeit in selbstver-

dichtendem Beton

(Quelle: Technische

Universität München)

20

Ein weiteres interessantes Forschungsfeld sind Pha-sen-Wechsel-Materialien (PCM), die in Baustoffe wieGips oder Porenbeton integriert werden, um dieTemperaturregulierung in Gebäuden zu optimieren.Bei Kälte sorgen PCM durch Kondensationswärmefür eine Erwärmung der Fassade, während bei som-merlicher Hitze durch den Schmelzvorgang Energieverbraucht wird, sodass ein kühlender Effekt ent-

steht. PCM auf Basis von Paraffinen, die in sehr kleinePolymerkapseln verpackt werden, lassen sich feinverteilt in Baustoffe integrieren, ohne deren mecha-nischen Eigenschaften zu beeinflussen. DerartigePCM sind bereits für verschiedene Baustoffe kom-merziell erhältlich, beispielsweise als Zusatzstoff fürSpan- und Gipsplatten oder in Porenbetonbaustei-nen integriert.

Weiterhin bieten sich durch Nanotechnologien Mög-lichkeiten zur Optimierung von faserverstärktenBetonen. So lässt sich die Dauerhaftigkeit und dasTragverhalten von textilbewehrtem Beton durchGlasfaser- und Grenzschichtdesign mit nanostruktu-rierten Polymeren deutlich verbessern. Betonbauteilezur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzungkönnen so mit geringeren Abmessungen und mitgeringerem Gewicht hergestellt werden bei gleicheroder sogar besserer Tragfähigkeit und Dauerhaftig-keit (siehe Praxisbeispiel Uni Kassel). Die Weiterent-wicklung von Betonbaustoffen im Hinblick auf Wirt-schaftlichkeit und Leistungsfähigkeit erfordert zuneh-mend ein Verständnis der Strukturen auf der Nano-skala, um Phänomene wissenschaftlich basiert vor-hersagen und gezielt optimieren zu können.

4.2 Außen- und Dachfassaden

Oberflächenfunktionalisierung von Fassadenflächen

Die Nanotechnologien bieten eine Fülle von Mög-lichkeiten, die Oberflächeneigenschaften von Gebäu-defassaden funktional oder ästhetisch zu verbes-sern. Durch die Anwendung von Nanomaterialienlassen sich beispielsweise die Eigenschaften derOberflächen gegenüber Wasser und Schmutzparti-keln in einer großen Variationsbreite einstellen, z. B.hydrophil (wasseranziehend), hydrophob (wasser-abweisend) oder oleophob (fettabweisend). Beihydrophilen Oberflächen bildet sich bei Feuchtig-keitseinfluss ein gleichmäßiger Wasserfilm auf derOberfläche, sodass eine Tropfenbildung und damitein Beschlagen beispielsweise von Scheiben oderSpiegeln vermieden werden kann. Technisch lassensich superhydrophile Oberflächen z. B. durch An-wendung photokatalytischer Titandioxidschichtenrealisieren, die aufgrund der photokatalytischenAktivität gleichzeitig auch noch biozid wirken und ander Oberfläche anhaftende Algen, Moose, Mikrobenund Krankheitskeime abtöten.

Durch Verwendung nanoskaliger Titandioxidpulverwird die Wirksamkeit der Schichten erhöht und auf-grund der Kleinheit der Teilchen eine Lichtstreuungvermieden, sodass die für die Anwendung auf Schei-ben etc. erforderliche Transparenz der Schicht erzieltwird. Die Produktpalette photokatalytischer Schicht-systeme im Bausektor ist bereits relativ groß undumfasst superhydrophile Oberflächen u. a. für Spie-gel, selbstreinigende Fenster, Fensterrahmen oderZiegel.

Die photokatalytische Wirksamkeit der Titandioxid-schichten basiert auf der Einstrahlung von UV-Licht,sodass die Anwendung in der Regel auf den Außen-bereich beschränkt bleibt. Mittlerweile gibt esjedoch Ansätze, die Absorptionskante des Photoka-talysators in den sichtbaren Bereich zu verschieben,sodass Innenraumanwendungen wie fungizideWandanstriche ohne Einsatz spezieller UV-Lampenmöglich werden.

Phasen-Wechsel-

Materialien werden

zur Temperaturregu-

lierung in Gebäude-

fassaden in die Beton-

matrix integriert.

(Quelle: BAM, Berlin)

21

Am weitesten vorangeschritten ist die Kommerziali-sierung der Photokatalysetechnologie in Japan, aberauch von deutschen Unternehmen werden photoka-talytische Produkte auf dem Markt angeboten, wie z. B.Erlus Lotus® (selbstreinigendes Tondach von Erlus),StoPhotosan® und StoClimasan Color® (selbstreini-gender Wandanstrich und photokatalytische Innen-raumfarbe der STO AG), Hydrotect® Fliesen (DeutscheSteinzeug AG), Pilkington Active (selbstreinigendesFlachglas von Pilkington Deutschland) oder Airclean®-Pflastersteine der Firma FCN aus Fulda. An der Uni-versität Kassel wird intensiv an photokatalytischenBeschichtungen für den Außenbereich geforscht.

Hydrophobe Schichten weisen wasserabweisendeEigenschaften auf, sodass Wasser auf diesen Schich-ten abperlt und dabei auf der Oberfläche anhaftendeSchmutzpartikel abspült. Hydrophobe Oberflächensind im Bausektor von großer Bedeutung, da sich mit

ihnen Funktionalitäten von Fassadenoberflächen wiez. B. Antischmutz-, Antifouling-, Antigraffiti-, oderAntikorrosions-Eigenschaften erzielen lassen. Esbefinden sich bereits eine Vielzahl von Produkten zurHydrophobisierung von Fassadenflächen auf demMarkt, die häufig auf der Anwendung fluor- bzw. sili-konhaltiger Verbindungen basieren und unter demLabel „easy-to-clean“ vertrieben werden.

Für die Herstellung derartiger Oberflächensystemewerden meist wässrige Systeme mit einer Mischungaus funktionalisierten SiO2-Nanopartikeln, Vernet-zungsmitteln und Fluorpolymeren verwendet. DieFirma Natepro aus Schlüchtern bietet beispielsweiseVersiegelungsschichten für verschiedende Fassa-denoberflächen wie Putz, Glas, Keramik oder Holzkommerziell an, die beispielsweise im FertighausbauAnwendung finden (siehe Praxisbeispiel Rensch-Haus).

Photokatalytischer

Effekt und Anwen-

dung auf PVC-Fens-

terprofilen (Quelle:

Nano-X GmbH)

UV-light

TiO2 → e– + h+

H2O

OH_

O2

H2O2

Substrate

Selbstreinigende

Dachziegel durch

superhydrophobe

Beschichtungen

(Quelle: Flad & Flad

Communications)

Thermische Isolierung

Die thermische Isolierung von Außenfassaden ist einwesentlicher Faktor in der Bauwirtschaft, sowohl imHinblick auf die Investitionskosten bei Neubautenund Gebäudesanierungen als auch im Hinblick aufdie Betriebskosten. Allein in Deutschland gibt es ca.6 Milliarden Quadratmeter Fassadenfläche ein-schließlich ca. 800 Millionen Quadratmeter Fenster-flächen, wovon ein großer Teil sanierungsbedürftigist. In Westeuropa wird der Markt für thermische Iso-lierungen in der Gebäudetechnik auf ca. 6 Mrd. Eurogeschätzt.

Da die räumliche Limitierung eines der Haupthin-dernisse der Sanierung darstellt, müssen neue Pro-dukte entwickelt werden, die auf kleinerem Raumgleiche oder verbesserte Werte gegenüber demStand der Technik aufweisen (z. B. Vakuumisolati-onspaneele). Potenzial wird in der Weiterentwick-lung hochporöser Nanomaterialien wie Silica-Aero-gele oder Polymerschäume gesehen, die sich durchvorzügliche Isolation gegenWärmeleitung und Kon-vektion auszeichnen.

22

Eine Verfeinerung des Ansatzes der hydrophobenOberflächen stellt die zusätzliche Mikrostrukturie-rung dar, die durch hieraus resultierende Kapillar-effekte die Tropfenbildung verstärkt und somit derOberfläche superhydrophobe Eigenschaften ver-leiht. Dieser Selbstreinigungsmechanismus super-hydrophober mikrostrukturierter Oberflächen, derin der Natur an Pflanzen wie der Lotusblume beob-achtet werden kann, wurde unter der Markenbe-zeichnung Lotus-Effect® in den Markt eingeführt. EinBeispiel ist hier die Fassadenfarbe Lotusan® derFirma Sto, die seit 1999 auf dem Markt ist und mitder mittlerweile über 300.000 Gebäude gestrichen

worden sind. Im Bausektor sind prinzipiell allemechanisch wenig belasteten äußeren Fassaden-flächen für Anwendungen des Selbstreinigungs-effektes interessant. Die bisherigen Ansätze zur tech-nischen Nachahmung des natürlichen Selbstreini-gungseffektes weisen noch Einschränkungen in ihrerpraktischen und ökonomischen Umsetzbarkeit sowieder Haltbarkeit auf. Insbesondere die Haltbarkeit derMikrostrukturierung der Oberfläche unter realenUmwelteinflüssen – speziell bei starker mechani-scher Belastung – zu gewährleisten, ist teilweiseschwierig.

Durch Mikrostrukturierung ändert sich durch den Einfluss von

Kapillareffekten die Benetzbarkeit von Oberflächen: oben: die

wasseranziehende Wirkung hydrophiler Oberflächen wird ver-

stärkt (Superhydrophilie) unten: Die Mikrostruktur erhöht die

wasserabweisende Wirkung hydrophober Oberflächen und

verstärkt die Tropfenbildung (Superhydrophobie, Lotus-Effekt).

(Quelle: Uni Bonn)

Elektronenmikroskopische Aufnahme

eines Wassertropfens auf einer super-

hydrophoben Oberfläche

Anwendung des Lotus-Effektes in

Fassadenfarben (Quelle: Uni Bonn)

Einfluss der Rauhigkeit auf die Benetzbarkeithydrophiler und hydrophober Oberflächen

hydrophil

hydrophob

23

Granulare Aerogelmaterialien eignen sich aufgrundihrer Lichtdurchlässigkeit für durchscheinendeGebäudefassaden oder Dachfenster. Derartige

Aerogelfenster basieren auf Doppelverglasungen,in deren Zwischenraum Aerogel-Granulat eingefülltwird.

Aufbau und Anwendung von Vakuum-

isolationspanelen zur energetischen

Sanierung im Gebäudebestand

(Quelle: ZAE Bayern)

Aufbau durchscheinender Aerogelfassaden

und Pilotanwendung in einem Gebäude

(Quelle: ZAE Bayern)

hoch poröses evakuiertesnanostrukturiertes SiO2

Polyethylen-terephthalat

12 µm

Aluminium-Schicht30–80 nm

Kleber 1–2 µm

Polyethylen 50 µm

granular silicaaerogel

double skinsheet

scatteredlight

glasglaslow-e-coating

gas

12mm

gas

12mm

4.3 Fenster und VerglasungenGlas zeichnet sich als Baustoff für Fenster und Fassa-den durch seine hohe Transparenz und Beständig-keit sowie durch eine beliebige Form- und Farbge-bung aus. Negativ wirken sich allerdings die starkeVerschmutzungsneigung, störende Spiegelungenund eine schlechte Wärmeisolierung von Glas aus.Durch nanotechnologische Beschichtungen lassensich diese negativen Eigenschaften deutlich abmil-dern und damit neue Anwendungsbereiche für Glas-fassaden erschließen:

a Verbesserter Wärmeschutzdurch lowE-Schichten

a Sonnenschutz durch eine schaltbareGlastönung (z. B. Elektrochromie)

a Optimierte Tageslichtnutzung durchintegrierte Mikrospiegelarrays

a Selbstreinigung durch photokatalytischeBeschichtungen

a Antireflexschichten durch nanoporöseSiO2-Schichten

Antireflexeigenschaften durch nanoporöseSol-Gel-Schichten

Eine marktreife Entwicklung sind Antireflexschichtenfür Flachglas, die für einen höheren Licht-Transmis-sionsgrad sorgen und beispielsweise für Solarkol-lektoren oder die Fassadenverglasung eingesetztwerden. Die Antireflexeigenschaften basieren aufeiner nanoporösen Interferenzschicht, deren indus-trielle Produktion für großflächig entspiegelte Glas-scheiben unter Beteiligung der Firma Merck ausDarmstadt vorangetrieben wird. Es gelingt, mit demVerfahren die Reflektionsverluste bei Glasscheibenvon üblicherweise 8 % auf 2 % zu reduzieren.

Smart Windows

Der Begriff Smart Window oder auch Smart Glazingbezieht sich auf Glasscheiben, die in Abhängigkeitvon Umwelteinflüssen ihre Eigenschaften insbeson-dere hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit ändernkönnen. Hierfür werden chromogene Materialienbenötigt, deren Farbe bzw. Transparenz in Abhän-gigkeit physikalischer oder chemischer Einfluss-größen reversibel geschaltet werden können. Welt-weit wird pro Jahr Flachglas im Wert von etwa40 Mrd. US $ verkauft. Auch wenn schaltbare Ver-glasungen nur einen Bruchteil dieses Marktes adres-sieren, bestehen hier Chancen, Umsätze in Milliar-denhöhe zu erreichen. Ein Markt für chromogeneGläser wird vor allem im Bereich Architekturglas als

Aufbau und Funk-

tionsweise nano-

poröser Anti-

reflexschichten zur

Erhöhung des

Licht Transmissi-

onsgrades für

Flachglas. (Quelle:

Centrosolar)

24

96 %100 %

1 % 1 %

Reflexion2 %

Transmission

Interferenzschichten bewirken einen winkelabhängigen

Transmissionsgrad von Licht (Quelle: INM GmbH)

25

Die Nanotechnologien bieten eine Vielzahl von Mög-lichkeiten zur Steigerung der Effizienz und Entwick-lung neuartiger Verfahren der Energieerzeugungund Beleuchtungstechnik in Gebäuden.

Beispiele hierfür sind:

a Leuchtdioden (LED) als energieeffizienteBeleuchtungstechnik für spezielle Anwendun-gen in der Gebäudetechnik (Fassadenbeleuch-tung, Signalbeleuchtung, Farbliche Akzentbe-leuchtungen)

a Organische mit Potenzial für großflächigeBeleuchtungstechnik auf flexiblen Substraten

a Farbstoffsolarzellen mit transparenten unddekorativen Eigenschaften, z. B. für Glas-fassaden als Alternative zu Silizium basiertenSolarzellen

a Nanostrukturierte Membranen und Katalysatorenfür effizientere Brennstoffzellen zur Strom- undWärmeerzeugung mit Erdgas

Aufgrund des geringen Energieverbrauches, derabstimmbaren Farbgestaltung und der kompaktenBauweise lassen sich durch LED, die auf nanoskali-gen Halbleiterschichten basieren, zunehmend archi-tektonische Akzente bei der Gebäudebeleuchtung

Ersatz für externe Verschattungssysteme, wie z. B.Blendschutzsysteme und Jalousien gesehen. Schalt-bare Gläser lassen sich durch eine Vielzahl techni-scher Ansätze realisieren, die wesentlich auf derAnwendung von Nanomaterialien und nanoskaligenSchichtsystemen basieren. Bislang ist ein Durch-bruch für eine breite kommerzielle Anwendungsowohl aus Kostengründen als auch aus technischenGründen noch nicht abzusehen. Hersteller von elek-trochromen Gläsern in Deutschland sind u. a. die Fir-men EControl-Glas oder Gesimat. Einen anderenAnsatz bietet eine innovative Entwicklung der Uni-versität Kassel, die in Zukunft konventionelle Blend-schutzsysteme überflüssig machen und für eine opti-mierte Tageslichtausleuchtung und Wärmeregu-lation in Gebäuden sorgen könnte. Die Innovationbasiert auf Mikrospiegelmodulen, die aus Milliardeneinzelner Elemente bestehen und zwischen denScheiben konventioneller Isolierverglasungen im-plementiert werden. Diese lenken Licht gezielt in dieRaumtiefe und reflektieren gleichzeitig störendesBlendlicht zurück (siehe Praxisbeispiel Uni Kassel).

4.4 Energie- und Beleuchtungstechnik

Bei elektrochromen Verscheibungen lässt

sich der Transmissionsgrad durch Anlegen

einer elektrischen Spannung schalten.

(Quelle: INM GmbH)

LED für die Beleuchtungstechnik (Quelle: Hotel Weggis, Schweiz)

26

und Fassadengestaltung setzen. Beim Einsatz vonfarbigem Licht hat die LED den Vorteil, dass nur dasbenötigte Spektrum erzeugt wird. Bei anderen Licht-quellen hingegen werden zur Erzeugung von FarbeBeschichtungen oder Filter benötigt, die bis zu 80 %des erzeugten Lichtes absorbieren können. Länger-fristig bieten sich Optionen für neuartige Beleuch-tungstechniken auf Basis organischer Leuchtdioden,die das Potenzial für großflächige, biegsame undelektronisch steuerbare Multicolor-Leuchtmittel auf-weisen und somit zukünftig Anwendungen wie leuch-tende Tapeten ermöglichen könnten. Die Vision einersich dem Stimmungszustand der Bewohner adap-tierbaren Wohnumgebung – ob virtueller Südsee-strand oder Winterlandschaft – rückt durch Nano-technologien in greifbare Nähe.

Farbstoffsolarzellen sind ein Beispiel für eine neueKlasse von Solarzellen, die ähnlich wie bei der Pho-tosynthese in der Natur Farbstoffe für die Lichtab-sorption verwenden. Dabei wird das Prinzip einesultraschnellen Elektronentransfers zwischen einemdas Licht absorbierenden Farbstoffkomplex und einernanokristallinen Elektrode aus Titandioxidpartikelnausgenutzt. Die größte Herausforderung für eine Ver-marktung von Farbstoffsolarzellen liegt in der Lang-zeitstabilität für Außenanwendungen. Um dieses Zielzu erreichen, sind eine hermetische Versiegelung undeine sorgfältig optimierte chemische Zusammenset-zung des in Farbstoffsolarzellen enthaltenen Elektro-lyten erforderlich. Der kurz- und mittelfristig mit Farb-stoffmodulen erreichbare, solare Wirkungsgrad liegtbei 4–5 % und damit noch deutlich unter dem Wir-

kungsgrad von ca. 15 % marktüblicher Solarmodule.Für eine Markteinführung müssen daher die spezifi-schen Anwendungsvorteile der Farbstoffsolarzellewie Semi-Transparenz, dekorative Strukturierung oderKombination mit elektrochemischen Elementenumgesetzt werden. Erste Anwendungsmöglichkeitenwerden daher in den Bereichen Fassaden, Oberlich-tern, Sonnendächern und Automobil gesehen.

Aufgrund der steigenden Anforderungen hinsicht-lich einer effizienteren Energiewandlung und desTrends zur dezentralen Energieversorgung werdenin Zukunft auch Brennstoffzellensysteme eine be-deutende Rolle in der Gebäudetechnik spielen. Hier-bei sind Hochtemperatur-Brennstoffzellen besondersattraktiv, da hiermit Kraft-Wärme gekoppelte (KWK)Systeme mit hohem Gesamtwirkungsgrad realisiertwerden können. Die elektrische Stromerzeugungliegt dabei im Bereich von 1 bis 5 kW für Ein- undMehrfamilienhäuser bis zu einigen 100 kW für indus-trielle Anlagen. Erste Feldtests mit KWK-Systemen,z. B. MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) der FirmaMTU oder SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) der FirmaSulzer Hexis, werden durchgeführt, bevor eineKommerzialisierung dieser Systeme zu erwartenist. SubstanzielleVerbesserungender Leistungs-dichte derartigerBrennstoffzellenerreicht man überein „maßgeschnei-dertes“ Interfacezwischen den elek-trokatalytisch akti-ven Elektrodenund dem ionen-leitenden Elektro-lyten, wobei dieNanotechnologieneine entscheiden-de Rolle spielen.

TiO2

Glas

WO3 Farbstoff

I–

I3–

I3–

I–

Pt

Li+

Li+

e–

e–

Glas

+Lich

t

Farbstoffsolarzellen nutzen mit Farbstoffmolekülen dotierte Titandioxidnanopartikel

für einen schnellen Ladungstransport. Die Absorption des Lichtes führt in den Farb-

stoffmolekülen zur Freisetzung von Elektronen, die von den Titandioxidpartikeln

aufgenommen und an die Elektrode weitergeleitet werden. Die Farbstoffmoleküle

werden durch das Redoxpaar Jodid/Trijodid im Elektrolyten wieder regeneriert. Farb-

stoffsolarzellen eignen sich auch zur Realisierung schaltbarer Gläser. Wird eine elek-

trochrome Schicht auf Basis von WO3 in die Zelle integriert, dunkelt sich das sonst

durchsichtige Modul bei Sonneneinstrahlung automatisch ab. Aufgrund ihrer Trans-

luzenz und variablen Farbgestaltung bieten Farbstoffsolarzellen-Module interessante

architektonische Gestaltungsmöglichkeiten. (Quelle: FHG-ISE)

Nano-optimierte Brenn-

stoffzellen werden künftig

eine effiiziente und wirt-

schaftliche Alternative

der Strom- und Wärme-

erzeugung in Gebäuden

darstellen. (Quelle: Hexis)

27

4.5 BrandschutzDie Nanotechnologien bieten verschiedeneAnsatzpunkte für die Entwicklung neuartigerFlammschutzmittel mit optimiertem Eigen-schaftsprofil bzw. als Ersatz für umweltbelas-tende Stoffe. Ein Forschungsschwerpunkt sindhier nanostrukturierte Silikatpartikel („Nano-clay“), die als Füllstoffe für Polymere zur Opti-mierung der Flammschutzeigenschaften undder Hitzebeständigkeit verwendet werden. In derGebäudetechnik spielen Polymere vor allem alsKabelummantelungen und in diversen Installationenund Verschalungen im Innenausbau eine Rolle (z. B.Sicherungskästen, Steckdosen, Lampengehäuseetc.). Hinsichtlich der Brandschutzeigenschaften vonNanoclay-Kompositen konnte gezeigt werden, dasssowohl die Hitzeabstrahlung als auch die Rauchent-wicklung deutlich reduziert und der Zündzeitpunktverzögert werden konnte.

Ein weiteres Anwendungsfeld sind brandhemmendeBeschichtungen für Holz, Metall, Kunststoff oderBeton, mit denen die Materialien der Feuerentwick-lung länger standhalten und eine unkontrollierteFeuerausbreitung verhindert wird. Nanotechnologi-sche Anwendungspotenziale bieten sich in diesemBereich durch die Verwendung nanopartikulärerBeschichtungsmaterialien, die flüssig oder pastösauf das zu schützende Material appliziert werden. ImBrandfall entsteht innerhalb von Sekunden einekeramische Schicht, die wärmedämmend wirkt unddie Rauchgasentwicklung drastisch reduziert. DurchVerwendung von Nanopulvern wird die Verfesti-gungstemperatur gesenkt und die Schichtbildungbeschleunigt, sodass eingeschlossene Gase wie Ver-brennungsprodukte oder Wasser Blasen bilden kön-nen, die zusätzlich wärmedämmend wirken.

Weitere Vorteile derartiger Brandschutzsysteme sindu. a. eine gute Umweltverträglichkeit (halogenfrei)sowie hohe Lichtechtheit und Abriebfestigkeit. DieBrandschutzeigenschaften von Dämmwolle fürDachisolationen können durch temperaturstabile,nicht toxische Bindemittel auf Basis oberflächenmo-difizierter nanoskaliger SiO2-Partikel deutlich ver-bessert werden. Durch nanopartikuläre Bindemittelauf Siliziumdioxidbasis wird die Entflammbarkeitorganischer Naturfasern (Stroh, Hanf etc.) drastischreduziert und Anwendungen als Leichtbaumateria-lien ermöglicht, z. B. für Trennwände im Messebauoder im Fenster- und Türenbau.

Auch bei Verglasungen kann durch Nanotechnolo-gien die Brandschutzwirkung verbessert werden. Aufdem Gebiet des Brandschutzes sind von jeher Ver-glasungen ein kritischer Punkt, da das Glas im Brand-falle zu Bruch geht und sich Flammen und Rauchungehindert ausbreiten können. Auf der Basis vonNanopartikeln konnten Brandschutzgläser entwickeltwerden, die eine verbesserte Brandschutzwirkungdurch die Ausbildung einer schaumartigen Schutz-schicht unter Hitzeeinwirkung entfalten. Diese Schei-ben sind bis zu 50% leichter und weisen eine nahezuverdoppelte Brandschutzwirkung gegenüber demStand der Technik auf. Die Basis hierfür bildet eintransparentes Nanogel, das zwischen zwei äußerenGlasscheiben gefüllt wird und bei Hitze einen fein-porigen, harten keramischen Schaumpanzer mithoher Dämmwirkung entwickelt. Durch die Kleinheitder im Gel enthaltenen Nanopartikel treten nurgeringe Lichtstreuungen auf, sodass die Brand-schutzscheiben eine hervorragende Transparenzbesitzen. Derartige Brandschutzgläser sind bei-spielsweise beim Flughafen in Dubai eingesetzt wor-den.

Brandschutzgele auf

Basis modifizierter

SiO2-Nanopartikel

verbessern die Feuer-

festigkeit von Vergla-

sungen deutlich.

Im Brandfall bildet

sich ein formstabiler

Schaum aus (oben),

der nicht von der

Glasoberfläche

abfließt (Quellen:

INM, Saarbrücken;

Evonik)

28

4.6 InneneinrichtungBei der Inneneinrichtung finden die Nanotechnolo-gien vor allem Anwendung bei der Funktionalisie-rung von Oberflächen. Durch den Einsatz speziellmodifizierter Nanopartikel lassen sich Beschichtun-gen zum Schutz vor Verschmutzungen, biologischenAnhaftungen und Keimen sowie mechanischem Ver-schleiß für eine Vielzahl von Materialien herstellen,die im Innenausbau Anwendung finden, wie Kera-miken, Edelstahl-, Glas- oder Holzoberflächen. Einesder gängigsten Beispiele ist die Hydrophobisierungvon Oberflächen, die häufig auf Beschichtungen mitfluor- bzw. silikonhaltigen Verbindungen basiert.Hydrophobe Schichten weisen wasserabweisendeEigenschaften auf, sodass Wasser auf diesen Schich-ten abperlt und dabei auf der Oberfläche anhaf-tende Schmutzpartikel z. B. von Keramikfliesen oderDuschabtrennungen abspült.

Anti-Fingerprint-Schutzbeschichtungen, z. B. für Edel-stahloberflächen, lassen sich durch Sol-Gel basierterBeschichtungslösungen mit funktionalisierten SiO2-Nanopartikeln herstellen. Die chemische Stabili-sierung der Komponenten in der Suspension spielthierbei eine Schlüsselrolle, um gewünschte Produkt-eigenschaften wie Transparenz, Abriebfestigkeit undoptimale Anti-Fingerprint-Eigenschaften zu erhalten.Nanopartikel erhöhen hierbei die Stabilität derSuspension und sorgen für gleichmäßige Schichtaus-bildung.

Für Holzoberflächen von Möbeln und Bodenbelägenlassen sich durch die Verwendung von maßgeschnei-derten Nanopartikeln Hartschichten erzielen, dieim Sinne von Multifunktionsschichten verschiedeneEigenschaften wie Transparenz, Kratzfestigkeit oderUV-Stabilität miteinander vereinen. Die Beschich-tungen sind üblicherweise wenige Mikrometer dickund lassen sich im Glanzgrad beliebig einstellen.Durch Verwendung von Nanopartikeln mit unter-schiedlicher Größenverteilung lässt sich die Packungs-dichte in der Beschichtung und damit auch diemechanische Stabilität erhöhen. Die Abriebfestigkeitvon Parkettböden kann dadurch deutlich gesteigertwerden.

Transparente Antifingerprint-Beschichtungen auf Basis

funktionalisierter Siliziumdioxid-Nanopartikel für Edelstahl-

oberflächen und -armaturen. (Foto: Sylvia Leyendecker)

Transparente Nanomer®-Hartschichten mit trimodaler

Partikelgrößenverteilung (oben) sind im Vergleich zu

herkömmlichem UV-Schutz-Klarlack (unten) deutlich

abriebbeständiger. (Quelle: INM Saarbrücken)

29

Durch den Zusatz nanoskaliger Silberpartikel lassensich Wandfarben oder Klarlacke mit antimikrobiel-len Eigenschaften ausstatten. Aus den fein verteiltenSilberpartikeln werden Silberionen freigesetzt, dieim relevanten Konzentrationsbereich für den Men-schen unbedenklich sind und eine starke antibakte-rielle Wirkung entfalten, indem sie Enzyme des bak-teriellen Energiestoffwechsels blockieren und in dieAtmungskette sowie genetischen Prozesse vonMikroorganismen eingreifen. Produkte, die insbe-sondere in Bereichen mit besonderen hygienischenAnforderungen Anwendung finden (z. B. Innen-raumwände und Einrichtungsgegenstände in öffent-lichen Gebäuden, im Gesundheits- und Pflegebe-reich), werden beispielsweise von den Firmen Capa-rol (Wandfarben) und Clouth (Holz-Klarlack) auf demMarkt vertrieben.

Ein weiteres Beispiel sind flexible Keramikfolien, dieals Fliesentapete beispielsweise im Sanitär- undKüchenbereich eingesetzt werden können und vonder Evonik als Innovation in den Markt eingeführtworden sind. Zur Herstellung werden auf einemflexiblen Trägersubstrat keramische Nanopartikelzusammen mit einem Bindemittel abgeschieden.Dieses flexible keramische Komposit kann durchweitere Beschichtungsschritte gefärbt und durch eintransparentes keramisches Top-Coating versiegeltund mit zusätzlichen Eigenschaften wie UV-Schutzoder Hydrophobie versehen werden. Dadurch wer-den leicht und großflächig zu verarbeitende multi-funktionale Wandbeläge erzielt, die sich u. a. durchSchmutzresistenz, Feuerfestigkeit und Beständigkeitgegenüber Chemikalien auszeichnen.

CC-Flex keramische Folien werden durch

nanotechnologische Beschichtungsver-

fahren auf dünnen, flexiblen Trägersub-

straten hergestellt (links) und können mit

einer Vielzahl von Farbvarianten und

Oberflächeneigenschaften ausgestattet

werden. (Quelle: Evonik)

Anorganisches Topcoat,Bindemittel, Füller

Farbstoff-Partikel

KeramischePartikel-Schicht

Flexibles Träger-Material

30

4.7 InfrastrukturbauDer Bau und die Instandhaltung von Infrastrukturenin den Bereichen Energie, Verkehr und Entsorgungnimmt in Deutschland ein erhebliches Volumen vonca. einem Viertel der Gesamtinvestitionen im Bau-bereich ein. Eine Erhöhung der Nutzungsdauer unddie Reduktion des Wartungsaufwandes wäre miteinem enormen volkswirtschaftlichen Nutzen ver-bunden. Nanotechnologisches Know-how bietet hierPotenziale, um Innovationen beispielsweise in Berei-chen des Straßenbaus, des Brückenbaus oder desEnergieanlagenbaus zu ermöglichen. Verschiedenehessische Forschungseinrichtungen und Unterneh-men sind bereits in einer Reihe konkreter Umsetzun-gen nanotechnologischer Anwendungen in diesenBereichen aktiv.

Der Einsatz der Nanotechnologien betrifft hierbeiinsbesondere die Weiterentwicklung von Baustoffen,z. B. bezüglich ihrer Ermüdungs- und Standfestig-keitseigenschaften. Die Optimierung von Baustoff-eigenschaften wird durch Analysen und Modellbil-dung auf der Nanoebene nachvollziehbar und letzt-lich erst dadurch gezielt beeinflussbar. Durch denZusatz nanostrukturierter Materialzusätze und Bin-demittel lassen sich in vielen Bereichen Verbesse-rungen bei der Verarbeitbarkeit und den Material-eigenschaften von Baustoffen erzielen. Anwendun-gen für die Verwendung nanoskaliger Zementzu-satzstoffe bei der Optimierung von Betonwerkstof-fen sind beispielsweise die Optimierung von Spritz-betonen oder die Entwicklung von säureresistentenBetonen für Kraftwerkskühltürme, die von der FirmaHochTief realisiert worden sind. Durch die Dosie-rung von Nano-Kieselsäure an der Spritzdüse in denNassstrom von Spritzbetonen kann auf die Verwen-dung umweltbelastender alkalischer Beschleuni-gungsmittel verzichtet werden und die gleichblei-

bende Qualität von Spritzbetonen verbessert wer-den. Das Verfahren ist mittlerweile auch für hoch-wertige Bauteile bauaufsichtlich zugelassen. Nano-Silica wird ebenfalls bei der Herstellung säure-resistenter Betone für Kühltürme von Kraftwerkeneingesetzt, um die die Feinststruktur und die chemi-schen Eigenschaften des Betons zu optimieren.Durch die Anwendung säureresistenter Betone kannauf die sonst übliche kostenintensive und wartungs-anfällige organische Schutzbeschichtung verzichtetwerden.

Eine andere Nanotechnologie-Anwendung im Kraft-werksbau betrifft keramische Beschichtungen, diezum Schutz von Kraftwerkskesseln, Wärmetauscher-rohren und Elektrofiltertrichtern vor Korrosion undAnhaftungen durch Schlacke und Ascherückständeneingesetzt werden. Derartige Schichtsysteme, dievon der Firma ITN Nanovation entwickelt und bereitsin mehreren Ländern im Praxiseinsatz erprobt wer-den, basieren auf einer Kombination von Bornitrid

Links /Mitte: Säureresistenter Beton unter Verwendung nanoskaliger Zusatzstoffe ermöglicht deutliche Kostenvorteile beim

Bau von Kraftwerkskühltürmen durch einen Verzicht auf organische Schutzbeschichtungen (Quelle: HochTief)

Rechts: Dosierung von Nano-Kieselsäure an der Spritzdüse in den Nassstrom sorgt für eine gleichmäßig hohe Qualität bei

der Verarbeitung von Spritzbetonen (Quelle: HochTief)

Ergebnisse von Schlacketests auf unterschiedlich

beschichteten Rohren: Die grüne Beschichtung ist nahezu

inert gegen fast alle Testschlacken. Zum Vergleich ist ein

unbeschichtetes Rohr abgebildet (rechts), das sehr stark

angegriffen wird. (Quelle: ITN Nanovation)

31

mit anorganischen nanoskaligen Bindemitteln, diesehr niedrige Einbrenntemperaturen sowie einehohe Festigkeit und Haltbarkeit ermöglichen. Durchdiese Beschichtungssysteme kann die Betriebszeitvon Verbrennungskesseln deutlich erhöht und dieWartungs- und Ausfallkosten der Wärmetauscheran-lagen und Filtersysteme deutlich reduziert werden.

Ein weiteres Anwendungsfeld der Nanotechnolo-gien ist die Optimierung von ultrahochfestenBetonen, die theoretische Druckfestigkeiten bis zu800 N / mm² erreichen können. Gegenüber Normal-beton erfordern ultrahochfeste Betone die Optimie-rung einer Vielzahl baustoffspezifischer Parameter,wobei das Verständnis und die Kontrolle der hoch-komplexen Wechselwirkungen der Mischungsbe-standteile untereinander von entscheidender Be-deutung sind. So kann beispielsweise über nano-skalige multifunktionale Beschichtungssysteme dieLeistungsfähigkeit von Textilbeton durch die Erhö-hung der Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit derGlasfasern sowie durch die Verbesserung der Span-nungsübertragung und Haftung zwischen der Faserund der umgebenden Zementmatrix noch weitergesteigert werden. Lebensdauer und Tragfestigkeitder Verbünde können durch die verschiedenenEffekte der Beschichtungen erheblich heraufgesetztwerden. Hieraus ergeben sich mögliche Anwendun-gen im Bau von für weitgespannte Brücken, Hallen,Schalenbauwerke, hochbelasteten Stützen undbei der Instandsetzung von Tragwerken. Die ersteBrücke Deutschlands aus ultrahochfestem Betonwurde Anfang 2005 in Kassel von dem EichenzellerUnternehmen ELO-Beton in Zusammenarbeit mitder Universität Kassel (Prof. Dr. Michael Schmitt undProf. Dr. Ekkehard Fehling, siehe Praxisbeispiel)errichtet. Die erhöhte Dauerhaftigkeit macht ultra-hochfeste Betone auch für Anwendungen im beton-aggressiven Milieu interessant, z. B. im Kanalisations-und Anlagenbau der chemischen Industrie.

Auch im Straßenbau bieten sich Potenziale für Kos-teneinsparungen und technische Innovationen. Diemechanische Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeitvon Straßenbelägen lassen sich durch die Optimie-rung der chemischen und strukturellen Zusammen-setzung der Asphaltmischungen durch verbesserteBindemittel und Zuschlagstoffe signifikant erhöhen.Innovationen werden insbesondere durch einzunehmendes Verständnis der Materialwechselwir-kungen auf der Nanoskala erwartet. Dadurch eröff-nen sich zunehmend Möglichkeiten, die Eigen-schaften von Asphalt- und Betonbefestigungen denjeweiligen mechanischen und klimatischen Anfor-

derungen im Straßenbau optimal anzupassen. Durcheine längere Haltbarkeit und längere Wartungs-zyklen bieten sich Potenziale für erhebliche wirt-schaftliche Einsparungen. Ein weiteres Anwen-dungsfeld ist offenporiger Asphalt, der in der Öffent-lichkeit auch häufig „Flüsterasphalt“ genannt wird.Durch seine poröse Struktur wird der Straßenlärmbereits an der Entstehungs-Quelle: (Reifen-Fahr-bahn-Kontakt) vermieden bzw. gedämpft. Der Schallwird hierbei durch die offenporige Struktur desAsphalts regelrecht „geschluckt“. Das Hauptproblemvon offenporigem Asphalt (OPA), das bislang einegrößere Verbreitung in Deutschland verhindert hat,liegt in der Verschmutzung bzw. Verstopfung derPoren und der damit verbundenen nachlassendenLärmminderungswirkung bereits nach wenigen Jah-ren. In aktuellen Forschungsprojekten wird unter-sucht, inwieweit sich durch eine hydrophobe bzw.superhydrophile Innenbeschichtung der Asphaltpo-ren (vgl. Lotuseffekt bzw. photokatalytischer Effekt)die Verschmutzungsneigung reduziert werden kann.

Photokatalytische Anwendungen auf Basis nano-strukturierter Titandioxidschichten bieten weiterhinPotenziale, um die Verschmutzung von Fahrbahn-markierungen, Verkehrsschildern, Straßen- undTunnelbeleuchtungen zu reduzieren und dadurchReinigungskosten einzusparen. Die Technologie istinsbesondere in Japan bereits weit verbreitet, inDeutschland noch überwiegend in der Entwicklung,aber auch schon in der Produktumsetzung, wie beiden photokatalytisch ausgerüsteten Pflastersteinender Firma FCN aus Fulda.

Rasterelektronen-

mikroskopaufnahme

einer verschmutzten

OPA-Pore (Prof. Ressel,

Institut für Straßen-

und Verkehrswesen,

Uni Dresden)

5 Praxisbeispiele aus Hessen

32

5.1 Nanotechnologien zur Optimierung von ultrahochfestem Beton

Links: Hybridkonstruktion aus Raumfachwerk mit Obergurten

und Fahrbahnplatte aus Ultra-Hochfestem Beton (UHPC)

Oben: Fertigteile aus UHPC für das Brückendeck

An der Universität Kassel (Prof. Dr.-Ing. MichaelSchmidt, Prof. Dr.-lng. Ekkehard Fehling) wurde einUltra-Hochleistungsbeton entwickelt, der es auf-grund seiner stahlähnlichen Druckfestigkeit von rd.200 N / mm2 ermöglicht, besonders nachhaltige, fili-grane und dennoch hoch tragfähige und korrosions-beständige Bauwerke zu erstellen. Die hohe Leis-tungsfähigkeit beruht wesentlich darauf, dass zusätz-lich zum Zement leicht lösliche, hoch reaktive nano-skalige Kieselsäure (SiO2) verwendet wird und dassdie Kornzusammensetzung des Betons im Nano- undMikrobereich durch gezielte Zugabe weiterer mine-ralischer Füllstoffe so optimert wird, dass das Gefügedes erhärteten Zementsteins besonders dicht undfest wird. Durch besondere Herstelltechniken sindsogar Druckfestigkeiten von 500 N / mm2 möglich.Nach mehreren Pilotbrücken in Niestetal bei Kasselwird der neue Hochleitungsbeton beim Bau der rd.140 m langen Gärtnerplatzbrücke über die Fuldaerstmals in Deutschland großtechnisch angewendet.Das sehr innovative Bauwerk wurde vom Kasseler

Ingenieurbüro Fehling & Jungmann geplant undwird von der Firma Beck Bau in Eschwege gebaut.Sein Brückendeck besteht aus nur etwa 8 bis 12 cmdicken Betonfertigteilen, die von der EichenzellerFirma ELO-Beton hergestellt wurden. Bis zu 6 tschwere Fahrzeuge können die filigrane Fußgänger-und Radbrücke befahren. Die hohe Oberflächenfes-tigkeit des Betons macht es außerdem möglich, dassbei dieser Brücke erstmals in der Welt tragende Bau-teile aus Beton direkt miteinander verklebt und nichtmechanisch miteinander verbunden werden. Bemer-kenswert ist auch, dass die neue Bauweise trotz allerVorteile hinsichtlich Rohstoff- und Energieeinspa-rung, Konstruktion und Dauerhaftigkeit schon beiihrer ersten Anwendung nicht wesentlich teurer warals eine herkömmliche Beton- oder Stahlbrücke. DasBauwerk wurde zur Eröffnung der documenta XIIfertig gestellt. Die hohe Dauerhaftigkeit macht ultra-hochfesten Beton auch für Anwendungen im beton-aggressiven Milieu interessant, z. B. im Kanalisations-und Anlagenbau.

KONTAKT

Universität KasselInstitut für konstruktiven IngenieurbauFG Werkstoffe des Bauwesens

Prof. Dr. M. Schmidtm.schmidt@uni-kassel.de

Mönchebergstraße 7, 34125 KasselTelefon 0561 804-2601, Fax -2662

www.uni-kassel.de/fb14/baustoffkunde

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Bei HOCHTIEF Construction AG sind die Entwick-lungsaktivitäten im Bereich der Nanotechnologie aufmineralische zementgebundene Werkstoffe kon-zentriert. Im Technologiezentrum von HOCHTIEFConsult Materials wird insbesondere an der Opti-mierung von Betonen und Mörteln gearbeitet, umgezielte Eigenschaften zu steuern.

Bereits vor ca. 20 Jahren wurden Betone für denTunnelbau optimiert, die durch Zusatz von Nano-werkstoffen bereits im flüssigen Zustand so resistentgegen Druckwasser waren, dass sie gegen drücken-des Wasser verarbeitet werden konnten. Dabeizeigte sich, dass die Betone aufgrund ihrer Ober-flächenreaktionen trotz Einsatz von Entschalungs-mitteln extrem an der Schalhaut anhafteten. Auch alsUnterwasserbeton wurden derart vergütete Betoneeingesetzt, so dass sie im frischen Zustand nichtentmischen konnten.

In den vergangenen Jahren wurden Hochleistungs-betone optimiert. Durch den Zusatz von Nanowerk-stoffen wurde ein Spritzbeton entwickelt, dem durchZusatz von Nanosilica kurzfristig Wasser entzogenwurde, um das Ansteifungsverhalten zu beschleuni-gen. Ebenfalls durch Zusatz von Nanofeinststoffenwurde gemeinsam mit der TU Berlin ein säureresis-tenter Beton für den Einsatz in Kühltürmen oderAbwasserleitungen entwickelt. Die Optimierung desKornaufbaus durch Einsatz unterschiedlichsterFeinststoffe führt zur dichtesten Kornpackung auchim Nanobereich und damit zum erhöhten Wider-stand der zementgebundenen Matrix bei Säure-angriff. Der Widerstand des Betons gegenübereinem Säureangriff wurde durch den Einsatz vonNanowerkstoffen signifikant verbessert.

Die neueste Weiterentwicklung stellt der von derDUCON GmbH in Mörfelden-Walldorf entwickelteHochleistungsbeton DUCON dar. DUCON ist einextrem duktiler, hochfester Stahlbeton, bei demsowohl die Matrix wie auch die Bewehrung optimiertwerden. Als Betonmatrix werden hoch- und ultra-hochfeste Feinbetone, optimiert durch Einsatz nano-skaliger Feinststoffe, verwendet. Die extreme Dukti-lität des Betons wird mit dem Ersatz der klassischenStahlbewehrung durch feinmaschige punktge-schweißte Drahtnetze erreicht. Die Eigenschaften

des Betons nähern sich denen des Stahls an. Ein-satzmöglichkeiten sind dünne Verschleiß- und Dicht-flächen, hochduktile dünne Schalentragwerke (z. B.Stahl-Verbundbauteile) oder im Bereich Gebäu-desicherheit. Durch die extreme Duktilität des Werk-stoffs weist der Beton einen extremen Widerstandgegen Explosionsbeanspruchung und Beschuss auf,bei gleichzeitiger Splitterfreiheit. Gemeinsam mitder DUCON GmbH wird HOCHTIEF den Baustoff fürweitere Anwendungsgebiete, wie z. B. Spritzbetonund Spannbeton, weiterentwickeln.

Auch im Bereich Architektur finden die extrem dün-nen Bauteile als Fassadenplatten oder als tragendeBauteile Anwendung.

5.2 Nanotechnologien für hohe Beanspruchungen

KONTAKT

HOCHTIEF Construction AGConsult Materials

Prof. Claus Flohrerclaus.flohrer@hochtief.de

Farmstraße 91-9764546 Walldorf-Mörfelden

Telefon 06105 7001-130Telefax 0201 824-99118

www.hochtief-consult.de

DUCON Security(Anti-Terror)

DUCON Design(Architektur)

DUCON Safety(Erdbeben)

DUCON Overlay(Hochleistungsflächen)

Einsatzmöglichkeiten von DUCON

DUCON im Biegeversuch

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Die Cabot Nano-gel GmbH produ-ziert im Industrie-

park Frankfurt-Höchstein hochporöses und

transluzentes Silica-Aerogel-Material, das

unter der BezeichnungNanogel® vermarktet wird.

Die extrem hohe Porösität des Materials sorgt füreine niedrige Wärmeleitfähigkeit und verlangsamtdie Geschwindigkeit des Schalls in der Luft, sodassNanogel® über hervorragende Wärmedämm- undSchallschutzeigenschaften verfügt. Nanogel® istaußerdem permanent wasserabweisend und somitbeständig gegen Feuchte und Schimmelbildung.

Für diese Eigenschaften erhielt Nanogel® die Aus-zeichnung als „Top 10 Green Building Product“ derZeitschrift Sustainable Industries Journal. Aufgrundder Lichtdurchlässigkeit eignet sich Nanogel® fürenergiesparende Außenfassaden mit Tageslichtbe-leuchtung, z. B. für Lichthöfe, Museen, Stadien, Ober-lichter, Trennwände oder komplette Wandsysteme.

Dämmelemente aus Polycarbonat-Stegdoppelplattenmit einer Füllung aus Nanogel® transluzentemAerogel von Cabot erschließen überlegene Wärme-und Schalldämmwerte und bewirken zugleich eineausgezeichnete Grundhelligkeit mit angenehmemStreulicht.

Die guten Dämmwerte und insbesondere das geringeGewicht von Nanogel® ermöglichen flexible Kon-struktionen mit relativ dünnen Wandquerschnitten. Eswurden bereits eine Vielzahl von Praxisanwendungenrealisiert, wie die Außenfassaden eines Appartment-hauses in München-Schwabing oder eines Medien-zentrums in Briissous-Forges (Frankreich).

5.3 Wärme- und schallisolierte Fassaden mit Aerogelmaterialien

KONTAKT

Cabot Nanogel GmbH

Georg Gertnergeorg_gertner@cabot-corp.com

Industriepark Höchst, D66065926 Frankfurt am MainTelefon 069 305-29331, Fax -22103

www.nanogel.com

Beispiele licht-

durchlässiger

Aerogelfassaden

in der Praxis-

anwendung

Wasserglas Sol Hydrogel Silierung

Silierungs-

mittel

NANOGEL®Aerogele

Licht

Feuchtigkeit

Wärme

Schall

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Moderne Häuser müssen mehr bieten als reine Funk-tionalität; der anspruchsvolle Kunde erwartet eineWohnimmobilie mit Mehrwert. Der Fertighausher-steller Rensch-Haus setzt daher auf Nanotechnolo-gien als innovative Applikationen im Hausbau.Haupteinsatzgebiete sind Anwendungen im BereichAußen- und Innenfassaden sowie der Verglasung.Die Funktionalisierung von Oberflächen wird durchden Einsatz von Nanotechnologien um den Schutzder Fassade vor Verschmutzung und biologischenAnhaftungen erweitert.

Insbesondere im Bereich der Außenfassaden ver-spricht der Einsatz von Nanotechnologien einen lang-fristigen Erfolg. Denn bei den modernen, gutgedämmten Fassaden sind die Außenflächen auf-grund der Temperaturabsenkung durch geringereWärmeverluste anfällig für den Befall durch Algen undFlechten. Nanotechnologische Versiegelungen bietenLösungsmöglichkeiten für den Schutz und Werterhaltvon Wohnimmobilien. Die Nanoprodukte verringerndurch ihre wasserabweisende Wirkung das Anhaftenvon Schmutzpartikeln etc. an der Fassade und verhin-dern das Eindringen von Feuchtigkeit in die Oberflä-che. Das Anhaften von Schmutzpartikeln wird somitreduziert und eine Selbstreinigung der Fassade durchRegen gefördert. Auch im Innenbereich des modernenHausbaus finden Nanotechnologien sinnvolle Ver-wendung, z. B. bei den von Rensch-Haus verwendetenFliesen- und Fugenmörteln der Firma PCI, die durchBindemittelzusätze eine kontrollierte Ausbildung vonNanostrukturen in der Zementmatrix und dadurchdeutlich verbesserte Hafteigenschaften aufweisen.

Der Einsatz von Nanotechnologien im Hausbaugehört für Rensch-Haus bereits zum Stand der Tech-nik. Viele nanotechnologische Entwicklungen habensich in der Praxis bewährt und werden eingesetzt, umden gestiegenen Kundenanforderungen hinsichtlichHaltbarkeit und Gebrauchsnutzen ihres Hauses ent-gegen zu kommen. Nanotechnologische Innovatio-nen werden von Rensch-Haus in Zukunft weiterhinaktiv vorangetrieben, um die Konkurrenzfähigkeit amMarkt langfristig auszubauen. Rensch-Haus setzt hierauf die Wertsteigerung von Neubauten durch nano-technologische Innovationen. Alt-Kunden bietet dasUnternehmen die Nachrüstung an, um den Werter-halt ihres Eigentums zu sichern.

Die Rensch-Haus GmbH mit Stammsitz in Kalbach inder hessischen Rhön wird in der fünften Generation

von der Familie Rensch geführt. Mit Vertriebsstand-orten in Deutschland, Österreich, Schweiz und Ita-lien sowie derzeit 160 Beschäftigten zählt das Unter-nehmen zu einem der großen Arbeitgeber derRegion. Mit dem Einsatz von Nanotechnologien imBereich des Fertigbaus setzt der Haushersteller sei-nen Weg fort, in der 130-jährigen Firmengeschichtedie Traditionen des Holzhandwerks stets mit inno-vativen Entwicklungen zum Vorteil des Kunden zuverbinden.

Dazu nutzt Rensch-Haus direkte Kooperationen mitNanotechnologie-Zulieferern, die entsprechendeProdukte zur Versiegelung von Putz-, Glas- und Holz-fassadenelementen sowie Dachziegeln bereitstellen,beispielsweise die Firma Natepro aus dem hessi-schen Schlüchtern.

Der Fertighaushersteller Rensch-Haus setzt zur Wert-steigerung seiner Häuser auf innovative Nanotech-nologien zum Schutz von Fassaden- und Glasflächen.

5.4 Einsatz innovativer Nanotechnologien im Fertighausbau

KONTAKT

Rensch-Haus GmbHChristoph Köttch.koett@rensch-haus.com

Mottener Straße 13, 36148 KalbachTelefon 09742 91-171, Fax -4171

www.rensch-haus.com

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Eine innovative Entwicklung der Universität Kassel imBereich der Mikro- und Nanotechnologien könnte inZukunft konventionelle Blendschutzsysteme über-flüssig machen und für eine optimierte Tageslicht-ausleuchtung und Wärmeregulation in Gebäudensorgen. Die Innovation basiert auf Mikrospiegelmo-dulen, die aus Milliarden einzelner Elemente beste-hen und zwischen den Scheiben konventioneller-Isolierverglasungen implementiert werden. Diese

lenken Licht gezielt in die Raumtiefe und reflektierengleichzeitig störendes Blendlicht zurück. Derartige„Aktive Lichtlenkfenster“ sind energiesparend, kos-tengünstig, extrem langlebig und wartungsarm. Auf-grund der Kleinheit der Strukturen werden die Spie-gelelemente vom Auge als Einzelkörper nicht wahr-genommen. Es ergibt sich, je nach Stellung der Spie-gel, der optische Eindruck einer mehr oder wenigerstarken Tönung. Für diese Entwicklung wurden Prof.Dr. Hartmut Hillmer und Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmidvon der Universität Kassel mit dem „European GrandPrix for Innovation Award 2006“ ausgezeichnet. DieseAuszeichnung gilt in der Fachwelt als eine Art euro-päischer „Nobelpreis“ für angewandte Forschung.Gemeinsam mit der Firma „von Waitz’sche Beteili-gungen“ entwickeln die Kasseler Forscher im Rah-men eines von der „Deutschen Bundesstiftung Um-welt“ geförderten Projektes zunächst einen Prototyp.Folgende Anwendungsgebiete können durch dieneuartige Technologie adressiert werden:

a Aktive Fenster in Gebäuden undmobilen Systemen

a Neuartige Klimatisierungstechnologiea Sonnenlichtkonzentration in der Photovoltaik

für Gebäudefassaden und Heliostatea Fassaden als großformatige Displaysa Intelligentes Frontscheinwerferlicht

in mobilen Systemena Farbeinstellungen für Räume und Fassadena Intelligente Lampenschirme (Kunstlichtlenkung)

Zukünftige Herausforderungen für die breite Anwen-dung liegen in der Entwicklung kostengünstigergroßflächiger Prozesstechnologien sowie dem Ein-satz geeigneter low-cost-Materialien.

5.5 Innovative Lichtlenksysteme auf der Basis von Mikrospiegelarrays

Oben: Funktio-

nalität von mikro-

spiegelunterstütz

ten „Aktiven

Fenstern“

Sensorgeführte

Sonnenstands-

nachfuhr in

Mikrospiegel-

arrays zur Licht-

konzentration

Sommer, heißer Tag,Abwesenheit von PersonenHitzeschutz

Sommer, heißer Tag, Anwesenheit von PersonenHitzeschutz und Blendschutz im unteren Bereich, Lichtlenkungan die Decke im oberen Bereich

Winter, Abwesenheit von PersonenWärmetransportin den Raum

Winter, Anwesenheit von PersonenWärmetransport undLichtlenkung in den Raum

Fenster

Tageslicht

Mikro-SpiegelArray

Photovoltaic Modul

KONTAKT

Universität KasselInstitut für Nanostrukturtechnologie und AnalytikFachgebiet: Technische Elektronik

Prof. Dr. H. Hillmerhillmer@ina.uni-kassel.de

Heinrich-Plett-Straße 40, 34132 KasselTelefon 0561 804-4885, Fax -4488

www.uni-kassel.de/fb16/te/start.shtml

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Wärmeentwicklung und Hitzestaus unter Flächen-verglasungen stellen schon immer eine großeHerausforderung an Dachverglasungen dar. Des-halb fragt der Markt sehr eindringlich nach Kunst-stoff-Verglasungsmaterialien mit Hitze reflektieren-den Eigenschaften.

Durch prismatische Struk-turen oder Bedruckungder Oberfläche gelingtes, einen Teil der Wärmeauszuschließen. Eine amMarkt sehr erfolgreicheLösung besteht auchdarin, Infrarot reflektie-rende Füllstoffe in dasMaterial einzubringen.

Die plättchenartigen Füllstoffe wirken dabei wiekleine Spiegel, die selektiv das infrarote Licht reflek-tieren. Diese Systeme haben jedoch alle den Nach-teil, dass die Transparenz der Verglasung teilweiseoder ganz verloren geht.

Ein ganz neuer Weg zu transparenten und Wärmereduzierenden Verglasungsprodukten eröffnet sichaus der Kombination von PLEXIGLAS® und funktio-nalen Nanomaterialien. Durch die Verkleinerung derInfrarot Absorber in den Nano-Maßstab bleibt dieherausragende Transparenz von PLEXIGLAS® erhal-ten, da das sichtbare Licht nicht mehr an den Parti-keln oder der Struktur gestreut wird. Der nanoska-lige IR-Absorber nimmt die Sonnenstrahlung imnahen Infrarot-Bereich auf und wandelt sie in Wärmeum. Über Konvektion wird die entstehende Wärme-menge abgeführt und kann so nicht zu einer Erwär-mung im Innenraum führen.

Bei der gesamten Wär-mebilanz ist allerdingszu beachten, dass dersichtbare Anteil des Son-nenlichtes einen wesent-lichen Beitrag zum Ener-gieeintrag ausmacht.Etwa 45 % der Erwärmungsind auf den Energieein-trag im sichtbaren Bereichzurückzuführen.

Durch geschickte Auswahl von nanoskaligen Breit-band-Absorbern lässt sich auch der Energieeintragim sichtbaren Bereich zusätzlich reduzieren. Nebeneiner angenehm abgetönten Optik kann damit dieSelektivitätskennzahl weiter verbessert werden undder Wärmeeintrag signifikant vermindert werden.

Die farbneutralen Produkte der PLEXIGLAS HEAT-STOP® transparent-Reihe vereinen die guten thermi-schen Eigenschaften der bekannten Reihe PLEXIGLASHEATSTOP opal mit der Forderung nach Transparenzund Hagelbeständigkeit.

5.6 Transparenz und Hitzeschutz bei Dachverglasungen

KONTAKT

Röhm GmbHDegussa – Business Unit Methacrylates

Jürgen Jourdanjuergen.jourdan@degussa.com

Kirschenallee, 64293 DarmstadtTelefon 06151 18-01, Fax -02

www.plexiglas.de

Verringerung des

Strahlungsenergie-

eintrages durch nano-

skalige IR-Absorber

im UV-Bereich, bei

sichtbarem Licht und

im IR-Bereich

Effekt desIR-Absorbers

400 nm 450 nm 500 nm 550 nm 600 nm 650 nm 700 nm 750 nm

45 % 51 %4 %InfrarotUltraviolett

Strahlung

UV/VISQ

Q

5.7 Nanopartikel für antibakterielle Lacke

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Die Lackfabrik Alfred Clouth in Offenbach beschäf-tigt 250 Mitarbeiter bei einem Jahresumsatz von 30Mio. Euro. Im Bereich der Holzveredelung setzt dasmittelständische Unternehmen auf innovative Pro-dukte durch Nanotechnologien und erhielt für dieEntwicklung eines wasserverdünnbaren Klarlacks mitantibakterieller Wirkung den Innovationspreis desHessischen Ministeriums für Wirtschaft, Verkehr undLandesentwicklung. Der neue Holz-Klarlack weistantibakterielle Eigenschaften durch frei gesetzte Sil-ber-Ionen auf, die an Bakterien und Pilzen andockenund deren Atmung und Stoffwechsel blockieren,sodass diese absterben. Die im AntiBak-Holzlackenthaltenen nanoskaligen Silberteilchen sind soklein, dass sie im Klarlack nicht sichtbar werden undso fein verteilt sind, dass eine gleichmäßig hoch-wirksame antibakterielle und antifungizide Wirkungim gesamten Lackfilm erzielt wird.

Es ergeben sich hieraus zahlreiche Anwendungs-gebiete, denn Holz wird häufig dort eingesetzt, woviele Menschen und damit auch viele Bakterienunterwegs sind:

a Treppengeländer in einer Behörde, der Holz-tresen in einem Geschäft oder die Stühle undTische in Schulen und Kindergärten

a Türen und Wandverkleidungen in Arztpraxen,Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen oderdie Sitzgelegenheiten in den dazugehörigenWartezimmern

a Holzbänke in den Umkleideräumen von Sport-stätten und Wellness-Einrichtungen oder Holz-böden im Aufenthaltsbereich

Der neue Klarlack kann sowohl auf herkömmlichenGrundierungen aufgetragen werden als auch auffarbige Buntlacke. Um die gewünschte Wirkung zuerzielen, muss nur der letzte Auftrag mit AntiBak-Holzlack erfolgen.

KONTAKT

Alfred Clouth Lackfabrik GmbH & Co. KG

Alexander Eisenacheralexander.eisenacher@clou.de

Otto-Scheugenpflug-Straße 263073 Offenbach am MainTelefon 069 89007-0, Fax -143

www.clou.de

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Caparol ist Marktführer für Baufarben in Deutschlandund stellt mit etwa 850 Mio. € Umsatz das viertgrößteUnternehmen der Branche in Europa dar. Weltweitwerden mehr als 4.000 Mitarbeiter beschäftigt– 1.300 davon sind am hessischen Standort Ober-Ramstadt tätig.

Zur Optimierung gewünschter Eigenschaften setztCaparol bei bestimmten Produkten auch auf dieNanotechnologie. In der neuesten Generation vonFassadenfarben werden Bindemittel eingesetzt, indie während des Herstellungsprozesses des organi-schen Polymers nanoskalige Silika-Sol-Partikel ein-gebunden werden. In der Fassadenfarbe eingesetztbilden dieses Silika-Sol-Partikel im organischen Bin-demittel während des Filmbildeprozesses ein anor-ganisches Netzwerk aus, dass den gesamtenBeschichtungsfilm durchwirkt. Dadurch wird dieThermoplastizität der Oberfläche drastisch verrin-gert und eine für Dispersionsfarben bislang uner-reicht niedrige Anschmutzneigung der Beschich-tung erzielt. Das Ergebnis der NanoHybrid-Techno-logie ist eine optimale Kombination der Vorteilemineralischer Fassadenfarben mit den Vorteilen derDispersions- und Silikonharzfarbentechnologie.

Diese neue Generation von Fassadenfarben basie-rend auf der oben beschriebenen NanoHybrid-Tech-nologie ist die konsequente Weiterentwicklung desCaparolCleanConcepts, welches neben der Sauber-haltung der Fassaden alle Aspekte der Optimierungeines Fassadenprodukts im Fokus hat. Z. B. erhaltendie kapillaren Wandstrukturen der Farbe wasserab-weisende Eigenschaften durch Siliconharzbindemit-

tel mit niedriger Oberflächenspannung. Dadurchwird die externe Wasseraufnahme reduziert, ohnedass eine Sperre für den aus dem Inneren desGebäudes entweichenden Wasserdampf entsteht.So können Fassaden schnell austrocknen und dau-erhaft trocken bleiben.

Im Innenraum sind emissionsminimierte und löse-mittelfreie Produkte bereits seit über 20 Jahren Teildes Produktprogramms. In dem patentierten Pro-dukt Sensitiv ist es Caparol erstmals gelungen, einekonservierungsmittelfreie Innenwandfarbe auf Basiswäßriger Dispersionsbindemittel zu entwickeln, diespeziell auf die Bedürfnisse sensibler Menschen wiez. B. Allergiker abgestimmt ist. In jüngster Zeit wurdedie Entwicklung von Innenraumfarben forciert, dieeinen aktiven Zusatznutzen für den Verbraucher mitsich bringen (so genannte smart paints). Durch denEinsatz von photokatalytisch wirkenden Pigmentenwie beispielsweise nanoskaliges Titandioxid könnenSchadstoffe an der Oberfläche zersetzt und aus derRaumluft entfernt werden.

5.8 Caparol – Optimierte Fassadenfarben mit NanoHybrid-Technologie

KONTAKTDeutsche Amphibolin-Werkevon Robert Murjahn Stiftung & Co KG

Dr. Dirk Thendirk.then@daw.de

Roßdörfer Straße 5064372 Ober-RamstadtTelefon 06154-71-1379, Fax -991379

www.caparol.de

Photokatalytisch

wirkende Farbe

kann die Raumluft

verbessern

Fassadenfarben im Ver-

gleich: Deutlich ist auf

den oberen Bild das

Netzwerk aus anorgani-

schen Silika-Sol-Nano-

partikeln im Vergleich

zu einer konventionel-

len Fassadenfarbe

(unten) zu erkennen

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Reengineering of natural stone production chainthrough knowledge based processes, ecoinno-vation and new organisational paradigmsKoordination: PEDRINI SpA–ad Unico Socio (I)Förderung: EU FP6: Integrated Project

Intelligent Materials for Active Noise ReductionKoordination: Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit,Darmstadt (D)Förderung: EU FP6: Integrated Project

Designed Nanoscale Heterogeneities forControlling Water-Borne Pressure-SensitiveAdhesive PerformanceKoordination: University of Manchester (GB)Förderung: EU FP6: Specific Targeted Research Project

Industrialised, Integrated, Intelligent ConstructionKoordination: Dragados S.A. (E)Förderung: EU FP6: Integrated Project

Holistic Implementation of European thermaltreated hard wood in the sector of constructionindustry and noise protection by sustainable,knowledgebased and value added productsKoordination: PROFACTOR Produktionsforschungs GmbH, (A)Förderung: EU FP6: Integrated Project

Technology innovation in undergroundconstructionKoordination: TU Graz (Österreich)Förderung: EU FP6: Integrated Project

Nanostructured self-cleaning coated glasses:modelling and laboratory tests for fundamentalknowledge on thin film coatingsKoordination: SAINT-GOBAIN (F)Förderung: EU FP6: Specific Targeted Research Project

New economical and ecological solutions toreduce raw material costs of cement basedproducts by utilizing microtechnologyKoordination: CT Heikkinen Oy (FIN)Förderung: EU FP6: SMEs-Cooperative research contracts

Nanoscience of Cementitious Materials(Nanocem)Koordination: EPFl Laussane (CH)Förderung: eigenfinanziertes Kompetenz- und Forschungs-netzwerk (www.nanocem.org)

Information : http://cordis.europa.eu/fp6/projects.htm

6 Forschungsprogramme,Finanzierungs- und Fördermöglichkeiten

6.1 Europäische Forschungsprojekte und -netzwerke

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Forschungsinitiative „Zukunft Bau“

Die Forschungsinitiative „Zukunft Bau“ des Bundes-ministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwick-lung hat das Ziel, die Wettbewerbsfähigkeit desdeutschen Bauwesens im europäischen Binnen-markt zu stärken und bestehende Defizite, insbe-sondere im Bereich technischer, baukultureller undorganisatorischer Innovationen, zu beseitigen. DasBundesamt für Bauwesen und Raumordnung wirdrund 30 Mio. Euro innerhalb der nächsten vierJahre für diesen Zweck in Form von Zuwendungenoder Aufträgen zur Verfügung stellen.

Information:www.bbr.bund.de/cln_005/nn_66474/DE/Forschungspro-gramme/ZukunftBau/zukunftbau__node.html__nnn=true

Energieoptimiertes Bauen ENOB

Aufgrund der großen Energieeinsparpotenziale imGebäudebereich führt das Bundesministerium fürWirtschaft und Technologie (BMWi) die langfristigangelegten Forschungsaktivitäten zur Verbesse-rung der Energieeffizienz auf diesem Gebiet fort.Dazu werden die Fördermaßnahmen für forschungs-intensive Demonstrationsbauvorhaben „Energie-optimierter NeuBau – Gebäude mit minimalemEnergiebedarf (EnBau)“ und „Energetische Verbes-serung der Bausubstanz (EnSan)“ im Förderschwer-punkt ENOB zusammengelegt. Unterstützt werdenzudem F&E-Vorhaben zu neuen Materialien, Kom-ponenten und Systemen der Bautechnik sowie dertechnischen Gebäudeausrüstung.

Information:www.fz-juelich.de/ptj/energieoptimiertes-bauen

DFG

Textile Bewehrungen zur bautechnischenVerstärkung und InstandsetzungDFG-SonderforschungsbereichKoordination: TU Dresden

Sicherstellung der Nutzungsfähigkeit vonBauwerken mit Hilfe innovativer Bauwerks-überwachungDFG-SonderforschungsbereichKoordination: TU Braunschweig

Textilbewehrter Beton – Grundlagen für dieEntwicklung einer neuartigen TechnologieDFG-SonderforschungsbereichKoordination: RWTH Aachen

Nachhaltiges Bauen mit Ultra-HochfestemBeton (UHPC)DFG-SchwerpunktprogrammKoordination: Uni Kassel

Intelligente HydrogeleDFG-SchwerpunktprogrammKoordination: Uni Dortmund

Information: www.dfg.de

BMBF

„Nanotechnologie im Bauwesen – NanoTecture:Erschließung höherer Ressourcen- /Energie-einspar- und Leistungspotenziale sowie neuerFunktionalitäten“

BMBF-Fördermaßnahme innerhalb des Rahmenprogramms„Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft – WING“Koordination: Projekträger Jülich undVDI Technologiezentrum GmbH

Information:http://www.bmbf.de/foerderungen/10471.php

Hochleistungsbrandschutzbeschichtungen unterVerwendung von Nanopartikeln – NanoBrandBMBF-VerbundprojektKoordination: Fraunhofer ICT

Beschichtung von Oberflächen mit fotokatalyti-schen Nanopartikeln mit selbstreinigender undselbstdesinfizierender WirkungBMBF-VerbundprojektKoordination: UltraKat GmbH, Heidelberg

Wässrige Dispersionen für kratzfeste Beschich-tungen auf der Basis von Acrylat-NanokompositenBMBF-VerbundprojektKoordination: Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung

Information: http://www.bmbf.de/foerderungen/677.php

6.2 Nationale Forschungsprojekte und -netzwerke

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Aktionslinie Hessen-Nanotech

Im Jahr 2005 startete das Hessische Ministerium fürWirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung die Akti-onslinie Hessen-Nanotech. Mit der Aktionslinie Hes-sen-Nanotech werden die hessenweiten wirtschafts-und technologiebezogenen Aktivitäten in den Nano-technologien und den materialbasierten Technolo-gien gebündelt und koordiniert. Ziel der Aktionslinieist es, die hessischen Kompetenzen in den Nano-technologien und in den angrenzenden Techno-logiebereichen wie der Material- und Oberflächen-technologie, Mikrosystemtechnologie und OptischeTechnologien national sowie auch internationaldarzustellen. Durch Technologie- und Standortmar-keting sowie der Förderung der Netzwerkbildungsoll die internationale Wettbewerbsfähigkeit undInnovationskraft der hessischen Wissenschaft undWirtschaft gestärkt werden. Die Aktionslinie Hessen-Nanotech unterstützt dabei insbesondere auch dieVernetzung von Technologie-Anbietern und -An-wendern. Im besonderen Fokus stehen die in Hes-sen stark ausgeprägten Anwendungsbereiche Auto-motive, Chemie, Pharma, Biotechnologie und Medi-zintechnik, Bau, Umwelt und Energie sowie Informa-tions- und Kommunikationstechnologie. An denSchnittstellen zu den Nanowissenschaften arbeitetdie Aktionslinie Hessen-Nanotech mit dem Nano-NetzwerkHessen zusammen. Projektträger der Akti-onslinie Hessen-Nanotech ist die Hessen Agentur.

Das NanoNetzwerkHessen wurde mit Unterstützungder Hessischen Landesregierung von den fünf Uni-versitäten und den fünf Fachhochschulen des Lan-des im März 2004 etabliert, um auf der Grundlageeiner Kooperationsvereinbarung eine enge innova-tionsorientierte Zusammenarbeit im Bereich derNanowissenschaften zu starten. Die Initiative NNHzielt darauf ab, die vorhandenen Kompetenzen anhessischen Hochschulen zu bündeln, Kooperationenzu initiieren und den Nanotechnologie-StandortHessen weiter auszubauen. Koordinator des Nano-NetzwerkHessen ist die Universität Kassel.Forscherinnen und Forscher aus den DisziplinenPhysik, Chemie, Biologie, Pharmazie, Medizin, Mate-rialwissenschaften und den verschiedensten Fächernder Ingenieur- und sogar Geisteswissenschaftenarbeiten an hessischen Hochschulen auf Gebietender Nanowissenschaften. Gerade diese Durchdrin-gung klassischer Disziplinen verstärkt ganz wesent-lich das Innovationspotenzial dieser Wissenschaftund bietet in Hessen ausgezeichnete Ausgangsbe-dingungen für Kooperationen.Die Technologien, die heute an hessischen Hoch-schulen vertreten sind, sind breit gefächert undreichen von nanoskaligen und nanostrukturiertenWerkstoffen, Nanosystemtechnik über Nanomedizin,Nanomaterialchemie, Nanobiotechnologie bis hinzur Nanoanalytik. Forschungs- und Entwicklungs-aufgaben in diesen Feldern bereits im vorwettbe-werblichen Bereich gemeinsam mit Wissenschaft-lern, Entwicklern und Anwendern zu betreiben unddamit Akteure, Ressourcen und Aktivitäten zusam-menzuführen, eröffnet den Netzwerkpartnern nichtnur die Erschließung komplementärer Ressourcen,sondern verbindet auch Wissenschaft deutlicher alsbisher mit wirtschaftlicher Anwendung und trägtdamit zu einer schnelleren Umsetzung von nano-technologischem Wissen in Produkte, Produktions-verfahren und Dienstleistungen bei.

6.3 Förderaktivitäten und Netzwerke in Hessen

KONTAKTwww.hessen-nanotech.de

a Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und LandesentwicklungDr. Rainer H. WaldschmidtKaiser-Friedrich-Ring 7565185 WiesbadenTelefon 0611 815-2471Telefax 0611 815-2225rainer.waldschmidt@hmwvl.hessen.de

a HA Hessen Agentur GmbHAlexander Bracht (Projektleiter Hessen-Nanotech)Markus LämmerAbraham-Lincoln-Straße 38–4265189 WiesbadenTelefon 0611 774-8664Telefax 0611 774-8620markus.laemmer@hessen-agentur.dewww.hessen-agentur.de

KONTAKTwww.nanonetzwerkhessen.de

a Dr. Beatrix Kohnke(Leitung der Geschäftsstelle)Kai Ludolph (Projektmanager)Mönchebergstraße 1934109 KasselTelefon 0561 804-2219Telefax 0561 804-2226management@nanonetzwerkhessen.de

NanotechHessen

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Im TechnologieTransferNetzwerk Hessen (TTN-Hes-sen) haben sich seit 2001 die hessischen Hochschu-len und die führenden Wirtschaftsverbände zusam-mengeschlossen, um das vorhandene Angebot zurFörderung des Wissens- und Technologietransfersmiteinander zu vernetzen und mittelständischenUnternehmen den Zugang zum wissenschaftlichenund technologischen Potenzial der Hochschulen undForschungseinrichtungen zu erleichtern.Um dieses Ziel gerade im Bereich der Nanotechno-logien umsetzen zu können, arbeitet das TTN-Hesseneng mit seinen Netzwerkpartnern sowie den Aktions-linien Hessen-Nanotech und Hessen-Biotech zusam-men. Typische Beispiele für diese Zusammenarbeitsind gemeinsam durchgeführte Unternehmensbefra-gungen und technologieorientierte Veranstaltungen.Bei der IHK-Innovationsberatung Hessen in Darm-stadt, Gießen, Fulda, Kassel und Offenbach wurdenregionale Beratungsstellen für Technologietransfereingerichtet. Sie haben die Aufgabe, aktiv auf dieUnternehmen zuzugehen und Hilfestellung beimZugang zum anwendungsorientierten Know-howder Hochschulen anzubieten. Begleitend steht unterwww.ttn-hessen.de eine gemeinsame Plattform zurVermarktung von Kooperationsangeboten der Hoch-schulen zur Verfügung.Unter dem Dach des TTN-Hessen haben sich diehessischen Hochschulen zur gemeinsamen Patent-Verwertungsoffensive H-IP-O zusammengeschlos-sen. Ansprechpartner sind die Patentverwertungs-agenturen GINo, INNOVECTIS und TransMIT. Siebetreuen Erfinder bei Schutzrechtsanmeldungenund Verwertungsverträgen auch auf dem Gebiet derNanotechnologien.Das TTN-Hessen wird unterstützt und kofinanziertdurch die hessischen Ministerien für Wirtschaft undfür Wissenschaft, die HA Hessen Agentur GmbH(Geschäftsstelle), die Arbeitsgemeinschaft hessi-scher IHKs und den Europäischen Sozialfonds (ESF).

Seit Anfang der 80er Jahre bieten die hessischenIHKs einen besonderen, kostenfreien Service, umUnternehmen bei ihren Innovationsanstrengungen zuunterstützen: die IHK-Innovationsberatung Hessen.In einer Zeit, in der Technologie- und Marktverän-derungen immer kürzere Innovationszyklen vorge-ben, bietet das Kompetenzzentrum insbesonderekleinen und mittelständischen Unternehmen seinenunternehmens- und praxisnahen Service an. Die IHK-Innovationsberatung ist neutraler Informationsmak-ler und begleitet aktiv die Vernetzung und Cluster-bildung von technologieorientierten Unternehmenund Forschung.Neben konkreten Innovationshilfen, wie beispiels-weise einer individuellen Beratung sowie Publikatio-nen, fördern die hessischen IHKs den intensiven Aus-tausch zwischen Vertretern aus Wirtschaft, Wissen-schaft und Politik durch technologie- und branchen-orientierte Veranstaltungen. Ein besonderer Fokusliegt seit 2004 auf den Nanotechnologien und derenPotenziale für die Wirtschaft. So wurde gemeinsammit den regionalen Beratungsstellen des Technolo-gieTransferNetzwerk Hessen und dem Wirtschafts-ministerium eine Veranstaltungsreihe aufgelegt, wel-che die Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten derNanotechnologien in verschiedenen Branchen näherbeleuchtet. Die Themen gehen von „Nanotechnolo-gien im Auto von morgen“ über „Nanotechnologienin der Medizintechnik“ bis hin zur „Nano-Elektronik“und „Nano-Oberflächentechnik“.

KONTAKTwww.ttn-hessen.de

a HA Hessen Agentur GmbHDr. Gerrit Stratmann (Projektkoordination)Abraham-Lincoln-Straße 38–4265189 WiesbadenTelefon 0611 774-8691Telefax 0611 774-58691gerrit.stratmann@hessen-agentur.dewww.hessen-agentur.de

KONTAKTwww.itb-hessen.de

a IHK-Innovationsberatung HessenDetlev Osterloh (Leiter)Telefon 069 2197-1219d.osterloh@frankfurt-main.ihk.de

Zentrale Frankfurt:c/o Industrie- und HandelskammerFrankfurt am MainBörsenplatz 460313 Frankfurt am MainTelefon 069 2197-1427Telefax 069 2197-1484itb@frankfurt-main.ihk.de

TTNHessen

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7 Statements von Verbänden zuNanotechnologien im Bauwesen

KONTAKTwww.zdb.de

a Zentralverband Deutsches BaugewerbeKronenstraße 55–5810117 BerlinTelefon 030 20314-0Telefax 030 20314-420Bau@zdb.de

Zentralverband Deutsches Baugewerbe

Die Nanotechnologien haben als vergleichsweisejunge, innovative Technologie bereits eine beeindru-ckend breite Anwendungspalette aufzuweisen. Auchin der Architektur und im Bauwesen werden dieNanotechnologien erfolgreich angewendet. Der Zen-tralverband Deutsches Baugewerbe als Dachverbandder mittelständischen Bauwirtschaft mit ca. 35.000Mitgliedsbetrieben begreift die Nanotechnologienals die Chance zu einer breitgefächerten innovativenEntwicklung im Bauwesen. Das deutsche Bauge-werbe ist für Innovationen stets aufgeschlossen undwird in seinen verschiedenen Sparten die Entwick-lung der Nanotechnologien begleiten und umsetzen.

Für den Bereich der Gebäudehülle haben die Nano-technologien über die Hydrophobierung von Ober-flächen hinaus schmutzabweisende Fassadenbe-schichtungen sowie selbstreinigende Ziegel-, Kera-mik- und Glasoberflächen hervorgebracht, die heutebereits als bewährte Techniken gelten können.Durch die Nanotechnologien werden neue Wärme-dämmstoffe mit gegenüber konventionellen Wär-medämmstoffen erheblich verbessertem Wärme-dämmverhalten ermöglicht. Die Vielseitigkeit derNanotechnologien zeigt sich in der Entwicklungoptimierter Brennstoff- und sogenannter Farbstoff-solarzellen, deren Wirkungsgrade erheblich verbes-sert werden konnten. Mit den beiden vorbeschrie-benen Entwicklungen erwachsen neue Chancen füreine nachhaltige Energieeinsparung bei Gebäudenund einen effektiven Klimaschutz.

Im Bereich des baulichen Brandschutzes wurden mitHilfe der Nanotechnologien modifizierte Kunststoffemit verbesserten brandschutztechnischen Eigenschaf-ten sowie neue Brandschutzbeschichtungen undtransparente Brandschutzgele für Brandschutzvergla-sungen entwickelt. Ein weiteres Anwendungsgebietfinden die Nanotechnologien in der Optimierung vonBeton- und Mörtelrezepturen, wobei durch auf Nano-partikeln basierende Zusatzmittel die Beton- und Mör-teleigenschaften den spezifischen Anforderungenangepasst werden können. Auch die Entwicklung vonBaumaschinen wird durch die nanotechnologischeOptimierung von Oberflächen im Hinblick auf derenHärte, Verschleißeigenschaften etc. einen Innovati-onsschub erfahren, der neben einer längeren Lebens-dauer auch der Leistungsfähigkeit der Maschinen undsomit der Produktivität zugutekommen wird.

Es kann zusammenfassend ausgesagt werden, dassdie Nanotechnologien bereits heute in verschiede-nen Bereichen der Architektur und des Bauwesenserfolgreich angewandt wird. Der ZentralverbandDeutsches Baugewerbe begrüßt eine Förderungvon Forschungs- und Pilotprojekten zur Weiterent-wicklung der Nanotechnologien im Bauwesen.

Mit Sicherheit steht noch eine weitere, spannendeEntwicklung der Nanotechnologien bevor. Die mit-telständische Bauwirtschaft wird diese Entwicklungaufgreifen und zur Innovation im Bauwesen nutzen.

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Im Industrieverband Deutsche Bauchemie e. V. sindaktuell 110 Mitgliedsunternehmen – vom GlobalPlayer bis zum kleineren Mittelständler – zusam-mengeschlossen. Der Verband mit Sitz in Frankfurtam Main repräsentiert eine Branche, die sich dankstabiler Nachfrage und steigender Exporte erfolg-reich im europäischen und internationalen Wettbe-werb behauptet. Mit einem Umsatzvolumen vonmehr als 4,5 Milliarden Euro steht die deutsche bau-chemische Industrie klar an der Spitze dieses Wirt-schaftszweiges in Europa. Hier beginnen die Paral-lelen zu Nanotechnologien – denn auch in diesemWissenschaftszweig ist Deutschland führend inEuropa – gemessen an den Ausgaben für Forschungund Entwicklung sowie an der Zahl der beteiligtenFirmen und Forschungsinstitute; derzeit sind hierzu-lande ca. 600 Unternehmen mit der Entwicklung,Anwendung und dem Vertrieb nanotechnischer Pro-dukte befasst; ca. 50.000 Arbeitsplätze hängen annanotechnischen Entwicklungen.

Eine zweite Parallele zwischen Bauchemie undNanotechnologien ergibt sich mit Blick auf das Inno-vationspotenzial beider Bereiche – denn sie geltenjeweils als äußerst zukunftsweisend. Die kontinuier-liche Neu- und Weiterentwicklung von Bauverfahrenmit den zugehörigen Bauprodukten durch die Bau-chemie verbessert die ökonomische Situation derBauwirtschaft insgesamt. Nanotechnologien habendaran einen in den letzten Jahren weiter zunehmen-den Anteil. Dies hängt mit der Geschwindigkeit derEntwicklungsprozesse bei Materialien und Verfahrenzusammen. Das Bauen wandelt sich, es entstehenimmer neue Werkstoffe mit ganz speziellen Eigen-schaften und definierten Einsatzbereichen. Vorga-ben von Anwenderseite müssen erfüllt werden.Dabei geht es oft um Langlebigkeit, Flexibilität in derNutzbarkeit, Energiesparsamkeit im Betrieb undWiederverwertbarkeit. Hier wirken in verschiedenenTeilbereichen Bauchemie und Nanotechnologiengemeinsam: Ultrahochfester und damit langlebigerBeton, Wärmedämmstoffe, Baustoffe mit selbstreini-genden oder photokatalytischen Oberflächen etwasind High-Tech-Werkstoffe, in denen Nanotechnolo-gien stecken.

Die vorteilhaften Eigenschaften der hieraus entwi-ckelten Endprodukte kommen nicht nur dem Neu-bau zugute, sondern spielen in zunehmendem Maßeeine Rolle bei der Sanierung, Modernisierung undInstandsetzung von Gebäuden und Ingenieur-Bau-werken. Konkrete Beispiele für das Zusammenspielvon Bauchemie und Nanotechnologien sind

a Photokatalytische Beschichtungenfür Gebäudefassaden

a Fassadenbausysteme mit nanostrukturiertenWärmedämmstoffen

a Betonwerkstoffe, Betonzusatzmittela Zementäre Mörtel zur Verlegung

keramischer Belägea Nanokomposit-Bindemittel für Fassadenfarbena Neuartige Brandschutzmittel

KONTAKTwww.deutsche-bauchemie.de

a Deutsche BauchemieKarlstraße 2160329 Frankfurt am MainTelefon 069 2556-1318Telefax 069 251609info@deutsche-bauchemie.de

Deutsche Bauchemie e.V.

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Die Nanotechnologien als Querschnittstechnologienwerden auch für die Formulierung und Anwendungvon Lacken und Farben im Bereich der Bauten-anstrichmittel neue Anwendungsfelder eröffnen.Nanotechnologische Verfahren oder Nanomateria-lien helfen dabei, in drei Bereichen neue Produktemarktfähig zu machen.

a Nanotechnologien verbessern bereits beste-hende Produkte oder die Eigenschaften vonLacken und Farben. Ein Beispiel hierfür wäre diehöhere Kratzfestigkeit von Beschichtungen.

a Die Produkteigenschaften bestehender Beschich-tungsmaterialien werden um neue Eigenschaf-ten erweitert. Ein Beispiel hierfür wäre dieEigenschaft Selbstreinigung der Oberfläche.

a Neue Beschichtungsstoffe mit Eigenschaften,die bislang nicht mit Lacken und Farben erreichtwerden konnten, werden möglich. Ein Beispielhierfür sind farbveränderliche Lacke mit einem„Chamäleon-Effekt“.

Im Bereich der Bautenanstrichmittel sind gegenwär-tig folgende Produktklassen marktgängig:

a Fassadenfarben mit Selbstreinigung(sogenannter Lotuseffekt)

a Antibakterielle Farben mit nanoskaligenSilberpartikeln als Wirkstoff

a Photokatalytische Wandfarben(mit Titandioxid in Nanoform)

a Hochkratzfeste Parkettversiegelungen(mit Eisenteilchen in Nanoform)

Ein hohes Zukunftspotenzial wird bei Nanomateria-lien mit Phasenwechseleigenschaften gesehen, dahier wärmedämmende Lacke und Farben entwickeltwerden können, die bei Gebäuden zum Einsatzkämen, für die eine herkömmliche Wärmedämmungnicht möglich ist. Auch Beschichtungsstoffe, dieNanoteilchen für den UV-Schutz einsetzen, könntenkurzfristig auf den Markt kommen. LängerfristigeProjekte sind sicherlich in Lacken zu sehen, die elek-trisch leitfähig sind oder sogar zur Erzeugung vonelektrischem Strom geeignet wären. Insgesamtgesehen setzt die deutsche Lackindustrie großeHoffnungen in die Nanotechnologien, um hier neueProdukte auf den Markt zu bringen bzw. herkömmli-che Produkte in ihren Eigenschaften zu verbessern.Auch Umweltentlastungseffekte sind durch die neueTechnologie möglich. Allerdings ist die Forschungauf diesem Technologiefeld sehr ressourcenauf-wändig, was insbesondere kleine und mittelständi-sche Unternehmen vor erhebliche Herausforderun-gen stellt. Deshalb ist eine Forschungsförderung –insbesondere beim Thema Stoffeigenschaften undSicherheitsforschung – unumgänglich, damit diesesTechnologiefeld möglichst kurzfristig erschlossenwerden kann.

KONTAKTwww.lackindustrie.de

a Verband der deutschen Lackindustrie e.V.Karlstraße 2160329 Frankfurt am MainTelefon 069 2556-1411Telefax 069 2556-1358vdl@vci.de

Verband der deutschen Lackindustrie e.V.

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Der Verein Deutscher Zementwerke e. V. (VDZ) ist dietechnisch-wissenschaftliche Vereinigung der deut-schen Zementindustrie. Er fördert Technik und Wis-senschaft – einschließlich Forschung und Entwick-lung – auf dem Gebiet der Herstellung und Anwen-dung hydraulischer Bindemittel. Dem VDZ gehörenzurzeit 24 deutsche Zementunternehmen mit 56Zementwerken als ordentliche Mitglieder sowie 32ausländische Zementunternehmen als außerordent-liche Mitglieder an.

Zement ist als hydraulisches Bindemittel der „Kleb-stoff“, der in Mörtel oder Beton die Gesteinskörnun-gen (Sand und / oder Kies) fest und dauerhaft mitein-ander verbindet. Obwohl Bindemittel bereits seitJahrtausenden genutzt werden und der Ursprung desWortes „Zement“ auf das altrömische „opus cementi-tium“ zurückgeht, gilt erst das Jahr 1824 als dasGeburtsjahr des modernen Portlandzements. Seit-dem wurden in über 180 Jahren Baustoffforschungviele neue Erkenntnisse gewonnen. Allerdings stan-den in der Vergangenheit häufig vor allem die makro-skopischen Eigenschaften, wie beispielsweise dieDruckfestigkeit der Bindemittel, im Fokus der For-scher. Zudem wurden viele Ergebnisse eher empi-risch ermittelt. Die grundlegenden Reaktionen undMechanismen konnten häufig nicht aufgeklärt wer-den. Nach dem Mischen von Zement mit Wasser bil-den sich nano- bis mikrokristalline Reaktionspro-dukte, die im Laufe der Zeit eng miteinander ver-wachsen. Aus der Morphologie und dem Gefüge die-ser sogenannten Hydratphasen resultieren die makro-skopischen Eigenschaften des Baustoffs. Mit Hilfeneuer technologischer Entwicklungen der letztenJahre ist es mittlerweile möglich, die Vorgänge beimErhärten von Zementleim auf Nano-Ebene zu beob-achten und zu verstehen. Damit eröffnen sich ganzneue Möglichkeiten einer Baustoff-Optimierung imNano-Maßstab. Die gezielte Steuerung der Hydrata-tionsreaktionen ermöglicht der Zementindustrie ent-scheidende technische Verbesserungen. Das„Design“ von Bindemitteln und Zusätzen soll neueAnwendungsfelder für Baustoffe erschließen. Bei-spielsweise sollen Polymere zur Verbesserung derVerarbeitungs-, Gebrauchs- und Langzeiteigenschaf-ten von Betonprodukten weiterentwickelt bzw. opti-miert werden. Außerdem sollen durch spezielle Zu-sätze betonschädigende Reaktionen im Zementsteinverhindert werden. Hierzu ist es notwendig, dieMechanismen solcher Reaktionen im Oberflächen-grenzbereich der Hydratationsprodukte zu verstehen.

Eine Fortsetzung dieser Entwicklungen können Bau-stoffe sein, bei denen Nanopartikel im Betongefügezur Erhöhung der Festigkeiten oder zur Herstellungvon Betonoberflächen mit speziellen Eigenschaftengenutzt werden.

Die genannten Beispiele sind Möglichkeiten zur wei-teren Verbesserung der Nachhaltigkeit des Binde-mittels Zement und des Baustoffs Beton. Hierbeiwerden die Nanotechnologien eine entscheidendeRolle spielen. Die deutsche Zementindustrie und derVDZ beteiligen sich aktiv an entsprechenden For-schungsprojekten, beispielsweise im Rahmen deseuropäischen Forschungskonsortiums „NANOCEM“.

KONTAKTwww.vdz-online.de

a Verein Deutscher Zementwerke e.V.Postfach 30106340410 DüsseldorfTelefon 0211 4578-1Telefax 0211 4578-296info@vdz-online.de

Verein Deutscher Zementwerke e.V.

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Der Rat für Formgebung / German Design Councilwurde 1953 auf Beschluss des Deutschen Bundes-tags ins Leben gerufen, um dem wachsenden Infor-mationsbedarf der Wirtschaft zum Thema Design zuentsprechen. Heute gehört er zu den weltweit füh-renden Kompetenzzentren für Kommunikation undWissenstransfer im Bereich Design. Mit Wettbewer-ben, Ausstellungen, Konferenzen, Beratungsleistun-gen, Recherchen und Publikationen öffnet er für Ver-treter der Wirtschaft und der Gestaltungsdisziplinenneue Horizonte.

Dem Stifterkreis des Rates für Formgebung gehörenheute über 140 der bedeutendsten deutschen Unter-nehmen an.

Die Material Vision, Fachmesse und Konferenz zumThema Materialien für Produktentwicklung, Designund Architektur, wurde im Jahr 2003 von der MesseFrankfurt und ihrem Partner, dem Rat für Formge-bung, ins Leben gerufen. Die Fachmesse zeigtmoderne Materialien und Materialtechnologien imVorproduktstadium und richtet sich gezielt an Pro-duktentwickler, Industriedesigner und Architekten.Im Rahmen der Konferenz diskutieren Designer undArchitekten von Weltrang die aktuellsten Material-trends in Produktentwicklung und Architektur. 2007fand die Material Vision (22. / 23. November 2007)erstmals parallel zu den Veranstaltungen Nanotech-nologieforum Hessen und NanoSolutions – europäi-sche Leitmesse für Nano-Anwendungen statt. Unterdem Titel „nanotech+material week frankfurt“ bietendiese drei Events eine einzigartige Plattform für Her-steller, Entwickler und potenzielle Anwender vonNanotechnologien und neuen Materialien.

Der Rat für Formgebung/Material Vision

KONTAKTwww.german-design-council.de

a Rat für Formgebung / German Design CouncilDependance / MessegeländeLudwig-Erhard-Anlage 160327 Frankfurt am MainTelefon 069 747486-0Telefax 069 747486-19info@german-design-council.de

KONTAKTwww.nanotech-material-week.comwww.material-vision.messefrankfurt.com

a Messe Frankfurt Exhibition GmbHLudwig-Erhard-Anlage 160327 Frankfurt am MainTelefon 069 7575-6290Telefax 069 7575-96290anja.diete@messefrankfurt.com

a Büro Nicola StattmannTeichstraße 5a60594 Frankfurt am MainTelefon 069 43054601Telefax 069 15349292office@nicolastattmann.comwww.nicolastattmann.com

Frankfurt am Main22.-23. November 2007

materialvision

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Den Nanotechnologie werden im Produktdesignund in der Produktentwicklung ein hohes Innovati-onspotenzial zugetraut. Dies gilt zum einen fürNano-Beschichtungen mit Eigenschaften wie easy toclean (Lotuseffekt), kratzfest, magnetisch, antista-tisch, bakterienhemmend etc., die bereits in vielenBereichen Anwendung finden. Wenige µm dünnetransparente Beschichtungen verleihen Produktei-genschaften, die bisher nicht denkbar waren bzw.einen enormen Material-, Gewichts-, Energie- oderKostenaufwand bedingt hätten. Kunststoff besitztmittlerweile eine Kratzfestigkeit wie Keramik, Holz istmagnetisch, an Papier gleitet der Schmutz ab. Fürdie Produktentwicklung sind Nano-Beschichtungeninteressant, da einfache, kostengünstige oder emp-findliche Materialien mit hochwertigen, langlebigenoder physikalischen Eigenschaften ausgestattet wer-den können. Produkte und Materialien, die durchNano-Beschichtungen nachträglich mit „Eigenschaf-ten nach Maß“ modifiziert oder funktionalisiert wer-den, bieten hervorragende Möglichkeiten, die sehrgenau analysiert und eingesetzt werden müssen.„Nano um jeden Preis“ wird der Verbraucher unse-rer Meinung nach nicht akzeptieren – denn es istbekannt, dass die ökologischen Risiken noch nichteingeschätzt werden können. Vor allem jedoch wer-den in der Produktentwicklung große Veränderun-gen durch die Funktionswerkstoffe aus Nano-Parti-keln erwartet. Derzeit beschäftigt man sich in derForschung mit Funktions-Flüssigkeiten und -Pasten,die auf Folien oder Papier gedruckt werden können(Polytronik). So entstehen einfache Schaltkreise,Antennen, Sensoren, Aktoren etc., die zum Beispielals RFID-Chips eingesetzt werden.

Wenn zukünftig diese Funktions-Pasten langlebigerund leistungsstärker werden, besteht die Möglich-keit, auch komplexe Systeme und hochwertige Pro-dukte daraus herzustellen. Sie stellen gänzlich neueLösungsansätze für die immer wichtiger werdendenThemen Leichtbau, Miniaturisierung, Funktionsinte-gration, Energieeffizienz und Ökologie dar.

Die Anforderungen des Produktdesigns an die Nano-technologien sind:

a Nachgewiesene ökologische und gesundheit-liche Unbedenklichkeit bzw. Nutzung – ohnediese die Nanotechnologien unverantwortlichund nur bedingt Akzeptanz finden würde

a Entwicklung von leistungsfähigeren Werkstoffenfür die Herstellung von komplexen und lang-lebigen Anwendungen

a Herstellung und Nutzung dieser Werkstoffeauch für hochwertige Kleinserien

8 Anhang

50

Unternehmen (Auswahl*)

Alfred Clouth Lackfabrik GmbH & Co. KG

Otto-Scheugenpflug-Straße 2

63073 Offenbach am Main

Telefon 069 89007-0, Fax -143

info@clou.de, www.clou.de

Produkte: Antimikrobieller Holzklarlack

auf Basis der Nanosilber-Technologie

CAPAROL Farben Lacke Bautenschutz GmbH

Address Roßdörfer Straße 50, Industriegebiet 1

64372 Ober-Ramstadt

Telefon 06154 71-0, Fax -1391

info@caparol.de, www.caparol.de

Produkte: Photokatalyische Wandfarben

auf Basis von Titandioxidnanopartikeln

Cabot Nanogel GmbH

Industriepark Höchst, D660

65926 Frankfurt am Main

Telefon 069 305-29331, Fax -22103

info@cabot-corp.com, www.nanogel.com

Produkte: Aerogelmaterial für

transluzente Fassadenisolierung

De Cie GmbH

Homburger Landstraße 148 A

60435 Frankfurt am Main

Telefon 069 954302-0, Fax -23

info@decie.de, www.decie.de

Produkte: Nanobeschichtungen und

Versiegelungen für diverse Baustoffe

Ducon GmbH

Farmstraße 118

64546 Mörfelden-Walldorf

Telefon 06105 27-5831, Fax -5832

info@ducon.de, www.ducon.de

Produkte: Hochfeste duktile Stahlbetone

Dyckerhoff AG

Biebricher Straße 69

65203 Wiesbaden

Telefon 0611 676-0, Fax -40

Info@dyckerhoff.com, http://www.dyckerhoff.de

Produkte: Zement, Beton

Elementbau Osthessen GmbH und Co., ELO KG

Am Langen Acker 1

36124 Eichenzell

Telefon 06659 83-0, Fax -50

info@elo-beton.de, www.elo-beton.de

Produkte: Bauelemente aus ultrahochfestem Beton

Evonik Röhm GmbH

Kirschenallee

64293 Darmstadt

Telefon 06151 18-01, Fax -02

methacrylates@evonik.com, www.plexiglas.de

Produkte: Nanopartikel als transparente

Wärmeabsorber in Plexiglas-Verglasungen

8.1 Unternehmen und Forschungseinrichtungen in Hessen

* ohne Anspruch auf Vollständigkeit

51

FRANZ CARL NÜDLING Basaltwerke GmbH + Co. KG

Ruprechtstraße 24

36037 Fulda

Telefon 0661 8387-0, Fax -270

fcn.holding@nuedling.de, www.nuedling.de

Produkte: Photokatalytisch ausgerüstete

Pflastersteine (Airclean®)

Geohumus International GmbH & Co. KG

Vilbeler Landstraße 17–19

60386 Frankfurt am Main

Telefon 069 408037-71, Fax -73

wb@geohumus.com, www.geohumus.com

Produkte: Nanotech basierte Substrate zur

Wasserspeicherung z. B. für die

Begrünung von Dächern, Lärmschutz-

wänden, Außenanlagen, etc.

HOCHTIEF Construction AG

Consult Materials

Farmstraße 91-97

64546 Walldorf-Mörfelden

Telefon 06105 7001-130, Fax 0201 824-99118

claus.flohrer@hochtief.de, www.hochtief-consult.de

Produkte: Betontechnologie

Merck KGaA

Frankfurter Straße 250

64293 Darmstadt

Telefon 06151 72-0, Fax -2000

service@merck.de, www.merck.de

Produkte: Antireflexbeschichtungen für

Solar- und Architekturglas

nanoplan GmbH

Bunsenstraße 5

64347 Griesheim

Telefon 06155 824-211, Fax -312

info@nanoplan.eu, www.nanoplan.eu

Produkte: Bindemittel

Natepro Produktion & Vertriebsgesellschaft mbH

Eichenweg 7

36381 Schlüchtern, OT Niederzell

Telefon 06661 607493-0, Fax -19

zentrale@natepro.com, www.natepro.com

Produkte: Nanobeschichtungen und

Versiegelungen für diverse Baustoffe

Rensch-Haus GmbH

Mottener Straße 13

36148 Kalbach

Telefon 09742 91-171, Fax -4171

ch.koett@rensch-haus.com, www.rensch-haus.com

Produkte: Fertighäuser mit nanotechnologischen

Fassadenbeschichtungen

WEILBURGER Coatings GmbH

Ahäuser Weg 12-22

35781 Weilburg

Telefon 06471 315-0, Fax -116

WEILBURGER-Coatings@grebe.de

www.weilburger-coatings.de

Produkte: Nanobeschichtungen und

Versiegelungen für diverse Materialien

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Technische Universität Darmstadt

Institut für Massivbau

Petersenstraße 12

64287 Darmstadt

Kontakt Prof. Dr.-Ing. C.-A. Graubner

Telefon 06151 16-2144, Fax -3044

graubner@massivbau.tu-darmstadt.de

www.massivbau.tu-darmstadt.de

Forschungsthemen: Selbstverdichtender Beton

Fachbereich Architektur

FG Entwerfen und Energieeffizientes Bauen

El-Lissitzky-Straße 1

64287 Darmstadt

Kontakt Prof. Dipl.-Ing. M. Sc. Econ. Manfred Hegger

Telefon 06151 16-6544, Fax -5247

hegger@ee.tu-darmstadt.de

www.architektur.tu-darmstadt.de/ee/

Forschungsthemen: Energieeffizientes Bauen,

Projekt „Solar Decathlon“

Justus-Liebig Universität Gießen

I. Physikalisches Institut

Heinrich-Buff-Ring 16

35392 Gießen

Kontakt Prof. Dr. K. Meyer

Telefon 0641 99-33101, Fax -33109

bruno.k.meyer@exp1.physik.uni-giessen.de

http://meyweb.physik.uni-giessen.de

Forschungsthemen: Schaltbares /

selbstschaltendes Glas

Universität Kassel

Institut für konstruktiven Ingenieurbau

FG Werkstoffe des Bauwesens

Mönchebergstraße 7

34125 Kassel

Kontakt Prof. Dr. M. Schmidt

Telefon 0561 804-2601, Fax -2662

m.schmidt@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb14/baustoffkunde

Forschungsthemen: Ultrahochfester Beton

Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik

FG Technische Elektronik

Heinrich-Plett-Straße 40

34132 Kassel

Kontakt Prof. Dr. H. Hillmer

Telefon 0561 804-4885, Fax -4488

hillmer@ina.uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb16/te/start.shtml

Forschungsthemen: Innovative Lichtlenksysteme

auf der Basis von Mikrospiegel-

arrays

Universität Marburg

Fachbereich Chemie, Makromolekulare Chemie

Hans-Meerwein-Straße

35032 Marburg

Kontakt Prof. Dr. A. Greiner

Telefon 06421 2825-777, Fax -785

greiner@staff.uni-marburg.de

www.chemie.uni-marburg.de/akgreiner

Forschungsthemen: Nanofasern durch Elektrospinning

Fachhochschule Frankfurt am Main

Fachbereich 2 Bioverfahrenstechnik

Nibelungenplatz 1

60318 Frankfurt am Main

Kontakt Prof. Dr. Werner Liedy

Telefon 069 1533-2289, Fax -2387

liedy@fb2.fh-frankfurt.de

Forschungsthemen: Formulierung von

Photokatalysatoren

Universitäre Forschungsaktivitäten

53

8.2 Internetlinks

a Aktionslinie Hessen-Nanotechwww.hessen-nanotech.de

a HA Hessen Agentur GmbHwww.hessen-agentur.de

a TTN-Hessenwww.ttn-hessen.de

a BMBF Nanotechnologieförderungwww.bmbf.de/de/nanotechnologie.php

a Nanotechnologieportal der VDI TZ GmbHwww.nanonet.de

a Deutscher Nanotechnologie Kompetenzatlaswww.nano-map.de

a Wissenschaftskommunikation Nanotechnologiewww.nanotruck.de, www.nanoreisen.de

a Risikoforschung und -kommunikationwww.nanotech-hessen.de/infoplattform-nanorisikenwww.nanopartikel.info, www.dialog-nanopartikel.de

a High-Tech-Gründerfondswww.high-tech-gruenderfonds.de

a Europäisches Nanotechnologie-Portalwww.nanoforum.org

a Nanotechnologieförderung der EUwww.cordis.lu/nanotechnology

8.3 Broschüren und Fachliteratur

a Bartos, P. J. M. et al.: “Nanotechnology inConstruction“, Royal Society of Chemistry;1 edition, ISBN: 978-0854046232 (2004)

a BMBF: „Nanotechnologie – Innovationen für dieWelt von morgen“ Herausgeber: BMBF, Bonn,Berlin, 2006

a BMBF: „Nanotechnologie erobert Märkte –Deutsche Zukunftsinitiative für Nanotechnologie“,Herausgeber BMBF, Bonn, Berlin, 2004

a BMBF: „Nano-Initiative – Aktionsplan 2010“,Herausgeber BMBF, Bonn, Berlin, 2006

a Brameshuber, W.: „Auf dem Weg zur Nano-technologie im Bauwesen – Grundlage fürInnovationen“, in Beton- und StahlbetonbauJg.: 100, Nr. 8, S. 723–727 2005

a Hillemeier, B.: „Das Bauen revolutionieren.Innovatives Planen und Bauen / Nano- undMakrotechnologie“, Österreichische Bauzeitung,Nr. 36, S. 36 – 42, 2003

a Luther, W.: „Nanotechnologie im Bauwesen“Deutsche Bauzeitung, 01 / 06, S. 66 –71, 2006

a VDI TZ: „Anwendung der Nanotechnologie inArchitektur und Bauwesen“, Ergebnisse derFachtagung Nanotecture 2006 am 24.1.2006im VDI, Düsseldorf, Schriftenreihe ZukünftigeTechnologien ISSN 1436-5928, April 2006

a VDI TZ: „Kommerzialisierung der Nanotechno-logie“, Schriftenreihe Zukünftige TechnologienISSN 1436-5928, Juni 2006

a VDI TZ: „Nanotechnologie als wirtschaftlicherWachstumsmarkt“, Schriftenreihe ZukünftigeTechnologien ISSN 1436-5928, November 2004

a Mann, S.: “Nanotechnology and Construction”,Nanoforum Report, (www.nanoforum.org),November 2006

Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Nanotech desHessischen Ministeriums für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung

Band 1 Einsatz von Nanotechnologie inder hessischen UmwelttechnologieInnovationspotenziale für Unternehmen

Band 2 NanomedizinInnovationspotenziale in Hessenfür Medizintechnik undPharmazeutische Industrie

Band 3 Nanotechnologie im AutoInnovationspotenziale in Hessen fürdie Automobil- und Zuliefer-Industrie

Band 4 NanoKommunikationLeitfaden zur Kommunikation vonChancen und Risiken der Nanotechno-logien für kleine und mittelständischeUnternehmen in Hessen

Supplement zum LeitfadenNanoKommunikationInnovationsfördernde Good-PracticeAnsätze zum verantwortlichen Umgang mitNanomaterialien

Band 5 Nanotechnologien fürdie optische IndustrieGrundlage für zukünftigeInnovationen in Hessen

Band 6 NanoProduktionInnovationspotenziale für hessischeUnternehmen durch Nanotechnologienim Produktionsprozess

Band 7 Einsatz von Nanotechnologienin Architektur und Bauwesen

Band 8 NanoNormungNormung im Bereich derNanotechnologien als Chancefür hessische Unternehmen

Band 9 Einsatz von Nanotechnologienim Energiesektor

Informationen / Download / Bestellungen:www.hessen-nanotech.de

Projektträger der Aktionslinie Hessen-Nanotechdes Hessischen Ministeriums für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung

www.hessen-nanotech.deNanotechHessen