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Nanoverstärkte industrielle Materialien: Einläutung der nächsten industriellen Revolution in Europa

Die Entwicklung und Integration fortschrittlicher Nanomaterialien ist ein wichtiges Vorhaben der Europäischen Union, da die europäische Industrie innovativer und wettbewerbsfähiger werden soll. In diesem CORDIS Results Pack werden14 EU-finanzierte Projekte vorgestellt, die jeweils der Maßstabsvergrößerung nanobasierter Technologien gewidmet sind, um eine Produktion und Anwendung im industriellen Maßstab zu erreichen und interessante neue Möglichkeiten für die industrielle Produktion in Europa zu schaffen.

GRUNDLAGENFORSCHUNG

INDUSTRIELLE TECHNOLOGIEN

© European Union, 2019

Der Weltmarkt für Nanomaterialien (Materialien, die häufig aufgrund ihrer geringen Partikelgröße spezifische Eigenschaften aufweisen) wird auf rund 11 Mio. Tonnen in einem Wert von 20 Mrd. EUR und ansteigend geschätzt. Die derzeitige Direktbeschäftigung im Nanomaterialsektor wird in Europa auf 300 000 bis 400 000 Menschen geschätzt. Der Großteil des Nanomaterialsektors wird zwar immer noch von Materialien bestimmt, die seit Jahrzehnten eingesetzt werden, hierzu zählen beispielsweise Ruß (zur Verwendung in Reifen) oder synthetisches amorphes Silikat (unter anderem zur Verwendung in Reifen, Zahnpasta und Lebensmittelpulver), aber viele Forscher haben sich der Entwicklung neuer Anwendungen für Nanomaterial gewidmet, von denen jetzt viele kommerziell genutzt werden können.

Hindernisse überwinden, um gesellschaftliche Herausforderungen erfolgreich anzugehen

Europa steht an der Spitze dieser Forschung und die Mittel aus dem Programm Horizont 2020 haben das Ziel, die Lücke zwischen Nanomaterialforschung im Labor und Vermarktung innovativer Technologien zu überbrücken. Dies ist entscheidend, da Nanomaterialien zur Überwindung mehrerer drängender und dringender gesellschaftlicher Herausforderungen beitragen sollen. Dies beinhaltet die Anforderung, Sorge für einer immer älter werdende Bevölkerung zu tragen, Kohlenstoffdioxidemissionen zu senken und den Klimawandel zu bekämpfen, endliche Rohstoffe effizienter zu nutzen und nachhaltigere Verkehrsmittel zu entwickeln. Bevor die europäische Industrie jedoch die Kommerzialisierung im großen Maßstab innovativer, sicherer und nachhaltiger Nanomaterialien vollständig für sich nutzen kann, gilt es noch Hindernisse zu überwinden. Die größte Herausforderung ist die Entwicklung einer reibungslosen Integration von Materialien und Verarbeitungstechnologien, um Nanomaterialien in der industriellen Produktion zu nutzen. Zu den weiteren Herausforderungen zählt: eine verbesserte Kontrolle und Überwachung der Bedingungen, die für die Verwendung von Nanomaterialien in industriellen Prozessen erforderlich sind; die Steigerung der Robustheit und Wiederholbarkeit dieser Prozesse; und die Optimierung und Bewertung der Leistung und Funktionalität der Produktlinie und der daraus hervorgehenden Produkte.

Projekte im Fokus

In diesem CORDIS Results Pack, stehen 14 Projekte im Fokus, die bei der Überwindung dieser Hindernisse klare und bemerkenswerte Fortschritte erzielt haben und zeigen, wie fortschrittliche, nanoverstärkte Materialien sicher, nachhaltig und wettbewerbsfähig in der etablierten Industrie auf den Markt gebracht werden können. Eine Gruppe vorgestellter Projekte, darunter die Projekte NANOTUN3D und FAST, hat gezeigt, wie Nanomaterialien einen positiven Beitrag für die zunehmende Revolution im 3D-Druck leisten können, die sich vor allem im Medizin-, Automobil-, Raumfahrt- und Bausektor bemerkbar machen wird. Mehrere der präsentierten Projekte tragen dazu bei, im aufstrebenden Gebiet der Nanomedizin neue und spannende Wege zu gehen, um eine führende Stellung einzunehmen. Das PEPTICAPS-Projekt hat Nanokapseln den Weg bereitet, die Arzneimittel tragen, um gängige Erkrankungen zu behandeln, darunter zum Beispiel allergische und irritative Dermatitis und Sonnenbrand, während über Projekt NanoPilot eine Pilotanlage für die Produktion kleiner Chargen polymerbasierter Nanoarzneimittel erbaut wurde. Im Rahmen des Projekts NANOFACTURING wurde hingegen eine Fertigungsplattform für Nanoarzneimittel mit festem Kern, einschließlich neuer Fertigungsprozesse und einer besseren Koordinierung der Lieferkette für die Produktion im mittleren und großen Maßstab vor dem Hintergrund fertiggestellt, zielgerichtetere und effektivere nanobasierte Behandlungen auf den Markt zu bringen. Zu guter Letzt waren viele der ausgewählten Projekte an Aktivitäten für die Maßstabsvergrößerung beteiligt, bei denen verbesserte Nanomaterialien in einer Reihe traditioneller Industriesektoren Einzug erhalten. Das Projekt ProDIA demonstrierte beispielsweise erfolgreich die Machbarkeit industrieller Produktionsprozesse mit hohem Volumen für hybride nanoporöse Materialien als Endprodukte, während Projekt IZADI-NANO2INDUSTRY demonstrierte, wie Nanotechnologie konventionelle Materialien und Fertigungsprozesse mit Spritzgießen, Gießen und Beschichten verbessern kann. Das Projekt NANOLEAP ermöglichte schließlich kleinen und mittelständischen Fertigungsunternehmen, die vorrangig im Bausektor agieren, ihre Nanokomposit-Produktionsprozesse nach oben zu skalieren, Engpässe in der Verarbeitung zu überwinden und den Rat von Sachverständigen einzuholen.