Den Katalysator im Tank

Bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten ist im Auto Nanotechnik zu finden. Jeder, der einen Wagen mit Katalysator fährt, nutzt die Technik. Denn ein Kat verdankt seine Wirkung winzigen Edelmetallteilchen im Nanoformat. Wie sich neue Werkstoffe und Materialien, basierend auf Nanotechnik, im Auto nutzen lassen, untersuchen Wissenschaftler zum Beispiel von Volkswagen und Daimler Chrysler seit längerem.

Nicht jede Nano-Entwicklung eignet sich für das Auto. So erwies sich der „Lotuseffekt“ bisher als unbrauchbar – Steinschlag oder Waschanlage zerstören die empfindlichen schmutzabweisenden Strukturen auf der Karosserie.

Bereits in Serie gibt es bei VW Spiegel, die sich je nach Lichteinfall verdunkeln. Dafür sorgen winzige Partikel aus Wolframoxid, die abhängig von ihrer elektrischen Ladung entweder zitronengelb oder blau erscheinen. Blenden lästige Scheinwerfer bei Nacht, so erkennt dies ein Sensor im Rückspiegel, woraufhin eine elektrische Spannung die Reflexion des Spiegels ändert.

Nach dem gleichen Prinzip sollen sich Autoscheiben künftig elektrisch gesteuert verdunkeln und die Insassen vor der Sonne schützen. Ein Prinzip, von dem Angestellte in Bürohäusern mit Wärmeschutzfenstern profitieren. Fällt die Sonne ins Fenster, verdunkelt sich das Glas innerhalb von einer Minute – für das Auto zu langsam.

Damit die Wagenfenster sekundenschnell ihre Farbe ändern, bei der Fahrt in einen Tunnel zum Beispiel, feilen Hersteller wie VW momentan an der richtigen Zusammensetzung der Partikel im Glas.

Außer zwischen hell und dunkel soll der anspruchsvolle Autofahrer künftig auch zwischen Wasser abweisend und annehmend wählen können – per Knopfdruck je nach Verschmutzung oder Regenintensität. Außerdem soll es Lacke geben, in denen sich Nanopartikel von selbst so organisieren, dass kleinere Kratzer selbstständig „ausheilen“ können.

Reflektierende Nanopartikel auf dem Autodach könnten künftig Klimaanlagen entlasten. Solche Reflektorschichten bestehen aus kleinsten Teilchen, die in Abhängigkeit ihrer Größe bestimmte Wellenlängen des Lichtes entweder reflektieren oder durchlassen. Auf diese Weise, so wurde bereits berechnet, könnte in den USA so viel Benzin gespart werden, wie die chemische Industrie in Deutschland jährlich an Erdöl verbraucht.

Den Reifen, der ein Autoleben überdauern könnte, entwickeln Wissenschaftler bei Degussa. Heutzutage entscheidet vor allem das Material, wie haltbar, benzinsparend oder rutschfest ein Autoreifen ist. Bisher waren diese Eigenschaften gegenläufig – verbesserte man eine, so verschlechterten sich eine andere oder gar beide. Die Lösung ist maßgeschneiderter Industrieruß. Mit der „Silica“-Technologie können die Rußpartikel nun in beliebiger Größe und mit unterschiedlichen Eigenschaften herstellen.

Industrieruß entsteht bei der thermischen Zersetzung von Rußöl. Durch gezielte Veränderung des Prozesses erhalten die winzigen Rußpartikel, eine spezielle Oberflächenstruktur. So „designen“ die Forscher von Creavis, der zur Degussa gehörenden strategischen Konzernforschung, die Rußpartikel so, dass sie den Reifen zum Beispiel zugleich weich machen und vor Abrieb schützen. Wann und ob der Reifen, der auch nach zwanzig Jahren nicht abgefahren ist, auf den Markt kommt, ist freilich ungewiss. Denn auch beim „Nano“-Reifen rechnen die Hersteller in makroskopischen Dimensionen – an einem Reifen, der sich nicht abreibt, lässt sich kaum verdienen.

Auch die Leiterbahnen von Heckscheibenheizungen wollen Nanoforscher verbessern. „Hier können metallhaltige Partikel genutzt werden“ erklärt Andreas Gutsch, Leiter des Projekthaus Nanomaterialien bei Creavis. Diese werden als Metallpulver-Paste aufgebracht und in der Scheibe zu leitenden Bändern versintert – bei niedrigeren Temperaturen als üblich, um das Glas nicht zu beschädigen. Dazu nutzen die Wissenschaftler den physikalischen Effekt, dass der Schmelzpunkt von Nanoteilchen bis zu mehreren 100 °C unter dem des makroskopischen“ Materials liegt.

Durch Nanolöcher wollen Forscher von DaimlerChrysler Einspritzsysteme verbessern. Die Löcher, mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm, könnten den Kraftstoff fein zerstäuben und so Verbrennung und Verbrauch optimieren. Beliebig miniaturisierbar sind die Löcher freilich nicht – ab einer gewissen Größe werden die Kapillarkräfte zu stark.

„Im Brennraum von Kfz-Motoren kann Nano noch viel verbessern“, erklärt Gutsch. So werde erforscht, ob man dem Kraftstoff Nanopartikel zusetzen könne, die katalytisch wirken und so bei der Verbrennung weniger Schadstoffe entstehen. Einen ähnlichen Effekt könnte eine katalytisch wirksamen Nanobeschichtung der Zylinderwand zu erzielen.

Vielleicht könnte Nanotechnik künftig der Brennstoffzelle zur Serienreife verhelfen. So ruhte die Hoffnung von DaimlerChrysler noch vor einem Jahr auf winzigen Kohlenstoffröhrchen, die Wasserstoff speichern können. Deren Kapazität erwies sich jedoch als unzureichend – statt der erhofften 78 % konnten im Versuch nur knapp 4 % erreicht werden. Als geeigneter Wasserstoffspeicher für Brennstoffzellen wird nun nanokristallines Magnesiumhydroxid gehandelt. Es kann rund 8 % seines Gewichtes an Wasserstoff speichern, allerdings nur bei Temperaturen um die 300 °C. Diese Menge Wasserstoff reiche dann für 500 km, meint Werner Grünwald, Forschungsleiter bei Bosch in Stuttgart. KLAUS VOLLRATH/eb