Werkstoffe der Zukunft

Der Klimawandel erfordert ein Umdenken auf allen Ebenen. Auch im Bereich der Materialforschung wird Nachhaltigkeit zunehmend wichtiger – und ressourcenschonende Werkstoffe zur Grundlage technischen Fortschritts.
Illustration: Chiara Lanzieri
Illustration: Chiara Lanzieri
Christina Pfänder Redaktion

Überschwemmungen, Dürre, schmelzende Polkappen oder Waldbrände: In vielen Regionen der Welt ist die Klimakrise schon heute spürbar. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedenster Fachbereiche arbeiten deshalb an Innovationen für den Umweltschutz und klimafreundlichen Technologien. Basis dafür sind nicht zuletzt neue oder verbesserte Materialien, die in zahlreichen Produkten und Verfahren zur Anwendung kommen können: Katalysatoren zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe, Halbleitermaterialien für die Erzeugung von Solarstrom oder Beton mit hoher Lebensdauer sind einige Beispiele für das vielfältige Potenzial. Ein wichtiges Feld der Materialforschung sind zudem Batterien, die mehr Effizienz und Sicherheit zu bieten haben. Als erfolgversprechendes Konzept für eine mögliche Weiterentwicklung der heute gängigen Lithiumionenbatterien mit flüssigen Elektrolyten gilt dabei die Festkörperbatterie: Sie kommt ohne brennbare Bestandteile aus und punktet mit höheren Energiedichten und kürzeren Ladezeiten.  

Die Energiebilanz verbessern – dieses Ziel wird auch mit einer intelligenten Beschichtung für Glasfenster erreicht. Elektro- und thermochrome Materialien, die auf Strom und Wärme reagieren, sorgen für ein transparentes Abdunkeln der Fensterfronten und verhindern damit das Aufheizen der Räume. „In warmen Regionen Europas lässt sich so der Kühl- und Heizenergiebedarf von modernen Gebäuden um bis zu 70 Prozent reduzieren“, sagt Dr. John Fahlteich, Forschungsgruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP.

Zu einer umweltschonenden Lebensweise gehört auch die Reduktion des enormen Plastikmülls, der die Ozeane verschmutzt. Damit Kunststoffe fossilen Ursprungs bald der Vergangenheit angehören, entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler biobasierte Alternativen, die als Verpackungen, aber auch im Haushalt oder für Elektroartikel eingesetzt werden können. Ein vielversprechender Kandidat dafür sind Polylactide (PLA), die aus der Fermentierung von Zucker gewonnen werden. Im Gegensatz zu anderen Materialien, die auf erneuerbaren Ressourcen basieren, sind sie günstig zu produzieren – und biologisch abbaubar.

Bei alldem gilt: Produkte, Verfahren oder Systeme, die dem Kriterium der Nachhaltigkeit genügen sollen, sind auf ressourcenschonende Werkstoffe angewiesen. Umweltschutz beginnt damit bereits bei der Auswahl und dem Design der Ausgangsmaterialien, deren Langlebigkeit und Optimierung. Einen Beitrag zum Umweltschutz können damit auch selbstheilende und recycelbare Materialien leisten, die sich an natürlichen Materialien orientieren. Biologisch inspirierte Werkstoffe wie schmutz- und wasserabweisende Oberflächen, künstlich hergestellte Spinnenseide oder Haft- und Klebstoffe, deren Vorbild die hervorragenden Kletterkünste der Geckos sind, führen zu neuen Möglichkeiten für die Industrie und den Verbraucher.

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