Nanotechnik funktionalisiert Gebäude-Oberflächen
VDI nachrichten – Nanotechnologien bieten im Bausektor eine Fülle unterschiedlicher Anwendungen. Wieweit sie sich jedoch tatsächlich im Markt durchsetzen werden, entscheidet sich im Kostenvergleich mit alternativen Methoden.
Dass die zukunftsorientierte Nanotechnologie nicht nur in Hightech-Bereichen wie der Entwicklung neuartiger, ultradichter Speicherchips oder hochwirksamer, schonender Krebstherapien Anwendung findet, zeigte die vom BMBF geförderte Fachtagung Nanotecture 2006, die am 24. Januar in Düsseldorf stattfand. Thematisiert wurden Anwendungen der Nanotechnologie in Architektur und Bauwesen vor einem Fachpublikum mit über 140 Teilnehmern. Hierbei wurde die ganze Breite der Nanotechnologieanwendungen im Bauwesen deutlich gemacht, die von funktionalen Fassadenoberflächen, Brandschutzbeschichtungen, verbesserten Baustoffen und Isolationsmaterialien bis hin zu neuartigen Beleuchtungstechniken und Effizienzsteigerungen in der Solar- und Brennstoffzellentechnologie reichen.
Einen Schwerpunkt der Nanotechnologieanwendungen im Bauwesen bildet die Funktionalisierung der Oberflächen von Gebäude-Innen- und Außenfassaden. Nanotechnologie schützt die Gebäudehüllen vor Korrosion, Verunreinigungen durch Schmutz, biologische Anhaftungen oder Graffiti oder sorgt für ein ansprechendes Design durch spezielle Farbeffekte. Eines der gängigsten Beispiele ist die Hydrophobisierung von Fassadenoberflächen, die häufig auf Beschichtungen mit fluor- bzw. silikonhaltigen Verbindungen basiert. Hydrophobe Schichten weisen Wasser abweisende Eigenschaften auf, so dass Wasser auf diesen Schichten abperlt und dabei auf der Oberfläche anhaftende Schmutzpartikel abspült. Durch zusätzlich eingebrachte Nanopartikel können weitere Funktionen erzielt werden, wie extrem hohe Abriebbeständigkeiten, einen permanenten Schutz vor ultravioletter oder Infrarotstrahlung, antimikrobielle Eigenschaften oder neuartige dekorative Farbeffekte.
Ein hohes Potenzial im Bausektor bieten auch photokatalytische Oberflächen, die unter UV-Licht selbstreinigende Eigenschaften aufweisen und zugleich antibakteriell wirken, da an der Oberfläche anhaftende Keime abgetötet werden. Die möglichen Anwendungen photokatalytischer Schichtsysteme im Bausektor umfassen superhydrophile Oberflächen u. a. für Spiegel, selbstreinigende Fenster, Fensterrahmen, Ziegel und sonstige Außenfassadenelemente. Am weitesten vorangeschritten ist die Kommerzialisierung der Photokatalysetechnologie in Japan, wo mit derartigen Produkten bereits ca. 1 Mrd. EUR Umsatz erwirtschaftet wird. Aber auch in Deutschland drängen photokatalytisch ausgerüstete Produkte auf den Markt, wie Tonziegel (Erlus), Wandfarben (STO AG), Fliesen (Deutsche Steinzeug AG) oder Flachglas (Pilkington Deutschland).
Andere Anwendungsgebiete der Nanotechnologie sind neuartige Brand- und Flammschutzmittel mit optimiertem Eigenschaftsprofil bzw. als Ersatz für umweltbelastende Stoffe. Ein Beispiel sind hier nanostrukturierte Silikatpartikel („Nanoclay“) als Füllstoffe für Polymere, die die Flammschutzeigenschaften und Hitzebeständigkeit von Kunststoffen z. B. in Kabelummantelungen, Sicherungskästen, Steckdosen oder Lampengehäusen deutlich verbessern. In Entwicklung sind nanopartikuläre Beschichtungsmaterialien, die flüssig oder pastös als Brandschutz für Glas, Holz, Metall, Kunststoff oder Beton auf das zu schützende Material appliziert werden. Im Brandfall entsteht innerhalb von Sekunden eine keramische Schicht, die wärmedämmend wirkt und die Rauchgasentwicklung drastisch reduziert.
Die thermische Isolierung von Außenfassaden ist ein wesentlicher Faktor in der Bauwirtschaft sowohl im Hinblick auf die Investitionskosten bei Neubauten und Gebäudesanierungen als auch im Hinblick auf die Betriebskosten. In Westeuropa wird der Markt für thermische Isolierungen in der Gebäudetechnik auf ca. 6 Mrd. EUR geschätzt. Hier bietet sich ein großes Potenzial für hochporöse Nanomaterialien wie Silica-Aerogele, die über hervorragende Isolationseigenschaften verfügen. Aufgrund der hohen Transparenz von Aerogelmaterialien eignen sich diese neben Fassadenisolierungen prinzipiell auch für den Einsatz in Fensterscheiben. Die relativ hohen Herstellkosten von Aerogelmaterialien sind derzeit allerdings noch ein Hemmnis für einen breiten Einsatz in der Gebäudetechnik.
Potenziale bietet auch der Bereich Smart Glazings, der Teile des Flachglas-Weltmarktes in Höhe von etwa 40 Mrd. $ ausmacht. Der Begriff Smart Glazing bezieht sich auf Glasscheiben, die in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen ihre Eigenschaften insbesondere hinsichtlich der Transparenz ändern können. Einsatzmöglichkeiten bestehen als Ersatz für externe Verschattungssysteme, wie z. B. Blendschutzsysteme und Jalousien. Bislang existieren allerdings erst Prototyplösungen und ein Durchbruch für eine breite kommerzielle Anwendung ist sowohl aus Kostengründen als auch aus technischen Gründen derzeit noch nicht abzusehen. Eine etwas marktnähere Entwicklung sind Antireflexschichten für Flachglas, die für einen höheren Licht-Transmissionsgrad sorgen. Anwendungsfelder für dieses Antireflexglas sind Bereiche mit hohen Anforderungen an Transmission und Entspiegelung, z. B. als Abdeckglas für Photovoltaik-Module und Warmwasser-Kollektoren oder als Verglasungssystem für Architektur- und Gewächshausanwendungen.
Als Fazit der vom VDI-Technologiezentrum organisierten Fachtagung kann gezogen werden, dass die Nanotechnologie eine Fülle von Anwendungsmöglichkeiten im Bausektor bietet, diese aber in einem harten Preis-Performance-Wettbewerb gegenüber Konkurrenzlösungen stehen. Welche technologischen Neuerungen sich im Bausektor etablieren werden, ist derzeit noch nicht abzusehen. Sicher ist jedoch, dass die Entwicklung der Nanotechnologie erst am Anfang steht. Langfristig wird auch im Bausektor kein Weg an nanotechnologischen Innovationen vorbeiführen.
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