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Fahrzeuge

Gut 5,5 Millionen Autos rollten 2010 aus den Werken deutscher Unternehmen. Dahinter steht eine hoch innovative Automobilindustrie, für die Nanotechnologien bei der stetigen technischen Produktentwicklung eine wichtige Rolle spielen.

Vielfältiger Einsatz beim Automobilbau

Reifenprofil; © Rainer Sturm / PIXELIO

Im Automobilbau soll der Einsatz von Nanotechnoligen den Komfort, die Sicherheit und die Umweltfreundlichkeit der Kraftfahrzeuge verbessern. Neu ist die Verwendung von Nanotechnologien dabei keineswegs:

  • Schon seit über 100 Jahren verhelfen nanokleine Partikel von Carbon Black (engl. für Industrieruß) Milliarden von Autoreifen zu hoher Belastbarkeit und geringerem Verschleiß.
  • Der Drei-Wege-Katalysator wandelt mit (Edel-)Metall im Nanoformat Verbrennungsschadstoffe in ungiftiges Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoff um.

Immer neue Nanotechnologien ermöglichen es, bislang nicht umsetzbare physikalische und chemische Prinzipien nutzbringend anzuwenden.

Autos werden leichter

Neue Assistenz-, Schutz- und Umweltsysteme haben in den vergangenen Jahren dazu geführt, dass die Fahrzeuge immer schwerer wurden. Dadurch stiegen der Benzinverbrauch und das Risiko von Verletzungen bei Unfällen.

Eine Verschlankung der Bauteile wirkt dem entgegen: Mit Carbon Nanotubes (CNT) „gefüllte“ Thermoplaste sind um ein Vielfaches leichter als traditioneller Stahl – bei besseren Eigenschaften im Falle eines Unfalls und weniger Kraftstoffverbrauch.

Kratzbeständige oder entspiegelte Beschichtungen

Grüner Lack mit Wassertropfen; Foto: table / Quelle: PHOTOCASE

Nanoskalige Keramikpartikel ermöglichen die Herstellung von Klarlacken, die sich in der Waschstraße oder bei Vandalismus im Vergleich zu herkömmlichen Lacken als dreifach kratzbeständiger erweisen und dank Selbstreinigungskraft obendrein länger glänzen sollen. 

Auch Windschutzscheiben können heute dank Nano-Beschichtung kratzfest und gleichzeitig transparent hergestellt werden, weil die winzigen eingearbeiteten Partikel das Licht nicht streuen. Denkbar ist, dass die so erzielte Reflexion der Sonnenstrahlen künftig die Klimaanlage entlastet. 

Solche Nano-Beschichtungen können auch nachträglich aufgebracht werden. In unserer Bildreportage Nanopartikel lassen Wasser abperlen erhalten Sie einen Einblick.

Abblendbarer Innenspiegel in einem Auto; Foto: nurmalso / Quelle: PHOTOCASE

Mittels Nanotechnologie entspiegelte Armaturen sind sowohl sicherer als auch komfortabler. Hinter dem automatischen Abblenden des Innenspiegels bei Dunkelheit stecken ebenfalls Nano-Bestandteile.

Haltbare und umweltfreundliche Technik

Kombinationen aus faserigen und kugelförmigen Nanopartikeln machen die Lagerschalen in den Motoren fester und belastbarer. Weil solche Nano-Dispersionsschichten Reibung und Verschleiß um bis zu 40 Prozent verringern, steigt die Lebensdauer von Gleitlagern, Verzahnungen oder Ventilen. Damit sinkt wiederum der CO2-Ausstoß.

Auch in der Filtertechnik, etwa bei Luftfiltern, stecken polymere Nanofasern.

Besonders umweltfreundliche (Fahrzeug-)Antriebe funktionieren mit Brennstoffzellen. Das Angebot an solchen Fahrzeugen auf dem Markt ist jedoch bisher sehr gering. Das Problem der sicheren Speicherung von Brennstoffen wie Wasserstoff auf kleinstem Raum, z. B. bei Autos, kann mit Hilfe der Nanotechnologien gelöst werden. Erfolgversprechend sind hier beispielsweise Anwendungen mit Hydrid-Nanopartikeln, die aus Magnesium oder Lithium und Wasserstoff bestehen und in ein Gerüst aus Nano-Kohlenstoffverbindungen eingebettet sind. Sie ermöglichen es, größere Mengen an Wasserstoff zu speichern.

Um die Betankung von Fahrzeugen mit Wasserstoff zu beschleunigen, haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) Magnesium-Stickstoff-Hydride mit Kalium und Titanat als Zusatzstoffe kombiniert. Diese Ausgangsstoffe haben sie zusammen in speziellen Mühlen zu Nanopartikeln vermahlen. Gleichzeitig lässt sich so auch die für den Tankvorgang notwendige Temperatur von ca. 300 auf etwa 180 Grad Celsius senken.

Die Gewinnung von Wasserstoff als alternative Energiequelle steht seit Jahren im Mittelpunkt verschiedener Forschungsprojekte. An der Universität von Florida haben Wissenschaftler nun eine Methode entwickelt, wie sich Wasserstoff verhältnismäßig einfach und kostengünstiger aus Meerwasser und Sonnenlicht herstellen lässt. Dazu setzten sie einen Katalysator ein, der aus einer sehr dünnen Titandioxid-Schicht besteht, auf die nanoskalige Molybdändisulfid-Flocken aufgebracht werden. Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass nicht - wie sonst bei der Wasserstoffproduktion üblich - gereinigtes Wasser verwendet werden muss.

Nanopartikel in Abgasen messen

Die Grenzwerte für den Schadstoffausstoß bei Fahrzeugen berücksichtigen bisher nur Partikel mit einer Größe von über 23 Nanometern. Kleinere Partikel können in Abgasmessungen noch nicht erfasst und daher auch nicht reguliert werden. Das stellt ein Problem für Gesundheit und Umwelt dar, denn moderne Motoren verursachen Emissionen, die größere Mengen an Nanopartikeln enthalten, die 23 Nanometer unterschreiten. Solche kleinen Partikel gelten als besonders gesundheitsschädlich, da sie bis in die Lunge gelangen können.

Forscher der Technischen Universität Graz haben in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern ein Messverfahren entwickelt, mit dem Nanopartikel in Abgasen nachgewiesen werden können, die kleiner als 10 Nanometer sind. Damit haben sie eine Grundlage geschaffen, die strengere Abgasregelungen ermöglichen kann. Zudem können Hersteller das Verfahren nutzen, um emissionsärmere Motoren zu entwickeln oder vorhandene zu modernisieren.

(Stand: 2020)

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