Nanotechnologie: Die Revolution der Zwerge

Österreichs Betriebe rüsten für den Markt der Kleinen. Den Markt der Kleinen Schnellen. "Je kleiner die Schaltelemente, desto schneller rechnet ein Computer, weil die Elektronen einen kürzeren Weg haben", erklärt Hans Loeschner, Gründer und Chef der Wiener IMS Nanofabrication GmbH. Mit einem 35-Personen-Team betreibt der Physiker strukturelle Nanoforschung. Sprich er erschließt neue, kleine Welten - neue Strukturen, die neue Dinge möglich machen, anstatt bestehende Materialien nur zu verbessern.
"Nanos" ist Altgriechisch für Zwerg. Die "Nanotechnologie" bezeichnet Forschungsaktivitäten mit Partikeln von bis zu 100 Nanometer (= ein Zehntausendstel Millimeter) Größe, wenn deren Einsatz die Eigenschaften von Materialien verändert. In dieser Größenordnung bewegt sich zum Beispiel das Erbmaterial im Inneren einer Zelle: Die Gene, die Grundbausteine des Lebens, sind zehn Nanometer groß und das Verhältnis von zehn Nanometer zu einem Meter ist so wie das der Erde zu einer Grapefruit. Diese kleinsten Partikel besitzen scheinbar magische Charakteristika: Die Gesetze der Physik scheinen wie aufgehoben. Im Unterschied zu einem Tennisball, der von der Mauer abprallt, wenn man ihn dagegen wirft, verhalten sich kleinsten Teilchen wie Gespenster: Sie gehen buchstäblich durch Wände.
Der Physiker Loeschner hatte vor 20 Jahren in seiner Garage eine Projektionsoptik mit geladenen Teilchen gebaut. Mit Risikokapital konnte er diese zu einem industriellen Prototypen weiterentwickeln. Nun will er in der Nanotechnologie Profite machen - und meint, damit "durchaus reich" zu werden. Zusammen mit Forschungseinrichtungen (Fraunhofer Institute, Forschungszentrum Seibersdorf), Universitäten und den Technologiekonzernen Infineon, Philips und ST Microelectronics entwickelt IMS ein Gerät zur "maskenlosen Nano-Lithografie". Mit Hundert-Tausenden von feingebündelten Elektronen-Strahlen sollen Strukturen, weniger als ein Tausendstel so groß wie eine Haarbreite, auf Computer-Chips geprägt werden. Das sei eine kostengünstige und schnelle Methode, leistungsstarke Computer auch in kleiner Auflage herzustellen, sagt Loeschner. Im ersten Jahr der dahinführenden Arbeiten wurde IMS im Rahmen des Europäischen Projekts "MEDEA+T409" mit mehr als zwei Million Euro an Förderungen bedacht. Für Ende dieses Jahrzehnts erwarte er einen Markt für maskenlose Nano-Lithographie-Geräte von "50 bis 100 Stück pro Jahr", vor allem für die Halbleiterindustrie. Bei einem Stückpreis von 15 bis 20 Millionen Euro ergibt das einen Umsatz von jährlich zwei Milliarden - geteilt durch die am Projekt Beteiligten und entsprechend dem dann erzielten Marktanteil.

Spitzenforscher sind gut unterwegs
IMS ist eines von derzeit etwa 100 heimischen Unternehmen, die mit dem Wissen der Nanotechnologie arbeiten. Gemessen an insgesamt 300.000 gewerblichen Betrieben in Österreich mag diese Zahl verschwindend klein erscheinen. Das sei sie aber nicht, sagt Emmanuel Glenck, Bereichsleiter der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) für thematische Forschungsprogramme. Zumindest nicht, wenn man bedenke, dass hierzulande "viel mehr Unternehmen in Bereichen tätig sind, in denen Nano eine Rolle spielt und spielen wird." Sprich Mikroelektronik, Optik, Optoelektronik, Medizintechnik, Sensortechnik, Material- und Werkstofftechnik, Pharma-, Auto- und Textilindustrie sowie die Luft- und Raumfahrt und viele mehr: Glenck leitet derzeit eine Studie über die Nano-Aktivitäten heimischer Unternehmen, die bis zum Herbst fertig sein soll. Und Emil List, Professor für Festkörperphysik an der Technischen Universität Graz, betont: "Gemessen an der Größe des Landes sind wir gut unterwegs. Wir haben Spitzenleistungen in bestimmten Bereichen." List leitet zusammen mit Matthias Ramm von Joanneum Research ein von der österreichischen Nano-Initiative unterstütztes Verbundprojekt, im Zuge dessen kostengünstig herstellbare, wegwerfbare Sensoren erforscht werden sollen, die ihre Daten selbst auswerten. Anwendungen sieht er in der Lebensmittelüberprüfung, bei Alkotests oder am Arbeitsplatz: In Lagerhallen könne getestet werden, welche von 1000 Kisten Salat verfaulen, anstatt dass für deren Suche alles umgeräumt werden müsse. Auch könne überprüft werden, wie viele Chemikalien in der Luft liegen. Bis zur Marktfähigkeit werde es allerdings "noch ein paar Jahre" dauern: "Als Wissenschafter muss ich nicht ein Produkt auf dem Markt einführen, sondern eher darauf schauen, was gebraucht werden könnte", sagt List, räumt aber ein: "Leider hat Österreich sein nationales Förderprogramm erst vier Jahre nach den USA gestartet. Wir sind daher was das betrifft noch nicht ganz so weit."

Messlatte Forschungsförderung
Die Österreichische NANO Initiative - das 2004 gestartete, nationale Förderprogramm - unterstützte im Vorjahr Verbundprojekte mit rund elf Millionen Euro. Im Rahmen des aktuellen Call 2005 sollen weitere acht Millionen vergeben werden. "Diese Projekte bewegen sich hauptsächlich im wissenschaftlichen Bereich", sagt Hannes Stahr, Leiter der R&D Technology Implementation des börsenotierten Konzerns AT&S Leiterplatten: "Die Nano-Intiative fördert Erkenntnisse, die in Richtung eines Produkts führen. Aber wir sind in vielen Bereichen noch nicht bei der Produkteinführung." Die EU investiert derzeit eine Milliarde Euro in die Nanotechnologie - fast ebenso viel wie die USA. Dennoch kommen die meisten marktfähigen Produkte von jenseits des Atlantik: AT&S sucht Materialien, mit denen Halbleiterchips temperaturresistenter und schneller verbunden werden können. Dazu sind zum Beispiel Silbertinten nötig. Jene, die der Konzern derzeit testet, ist ein US-Produkt.
Im ihrem fünften Rahmenprogramm 1998-2002 förderte die EU die Nanotechnologie mit 135 Millionen Euro. Im sechsten Rahmenprogramm 2002-2006 sind es 740 Millionen. "Die Nanotechnologie ist definitiv die Zukunft", sagt Ursula Weingartner vom Programm "W INN", das Netzwerk der österreichischen Nano-Intiative in Tirol: "Und dessen wird man sich zunehmend bewusst." Die Zahl der W INN-Mitglieder hätte sich im vergangenen ersten Jahr des Bestehens verdoppelt. "Aber die Projektionen, was die Gewinne betrifft, sind noch vage." Wie einst in der Biotechnologie und Informationstechnologie sind derzeit die steigenden Fördervolumina eine zentrale technologiepolitische Messlatte für die wirtschaftliche Bedeutung. Zwar prophezeien manche Studien ein Marktvolumen von bis zu 500 Milliarden Euro in den nächsten zehn Jahren. Emmanuel Glenck aber überzeugen solche Prognosen kaum: "Was soll das heißen?", fragt er: "Wie viele Arbeitsplätze es bringt, wie viel der Volkswirtschaft? Man kann nicht sagen: Wir investieren einen Euro und es kommen 1,5 Euro zurück. Denn um das seriös berechnen zu können, müsste man jeden Markt, der mit Nanotechnologien arbeitet - Mikroelektronik, Optik oder Medizintechnik - näher untersuchen."
In Deutschland wird solches bereits versucht: "Die Förderung soll nun auf Technologieentwicklungen und Prozesse fokussiert werden, die eine besondere volkswirtschaftliche Hebelwirkung entfalten", heißt es im Bericht zur Zukunftsoffensive für Nanotechnologie des Berliner Ministeriums für Bildung und Forschung. Derzeitige "grobe Schätzungen" gingen von einem von einem Weltmarktvolumen von 100 Milliarden Euro aus. Doch "das Datenmaterial zur wirtschaftlichen Bedeutung ist nicht nur in Deutschland, sondern auch in anderen Ländern noch sehr lückenhaft", räumt der Bericht ein. Wie viele Arbeitsplätze Nano schaffen kann, inwieweit es Technologieführerschaft erhalte und wie Dienstleistungen integriert werden können, sei noch zu erarbeiten - und zwar für alle Branchen.

"Kein Land von Milch und Honig"
Auch an verlässlichen Daten in der Risikoforschung mangelt es. Denn was passiert, wenn immer mehr - künstlich erzeugte - Nanopartikel im Feinstaub in die Umwelt gelangen? "Nicht zwingend etwas", sagt Physiker List. "Die meisten nicht-natürlichen Nano-Partikel werden gebunden in Materialien vorkommen. Sie können dadurch kaum freigesetzt werden. Ich glaube nicht, dass Partikeln von Nanometergröße, zum Beispiel auf Computerchips, einen Unterschied machen im Gegensatz zu Partikeln in Mikrometer-Größe, die sie seit Jahren verwendet werden - außer für die Schnelligkeit des Computers." Nanopartikel kämen zudem auch in der Natur vor. Und sind nicht neu: Das Gold, das die Glasfenster der gotischen Dome blutrot färbte, erreichte diesen Effekt nur, wenn es vor dem Glasgießen der glühenden Masse als nanofeiner Staub zugesetzt wurde.
Das Risiko sieht Helge Torgersen vom Institut für Technologiefolgen-Abschätzung der Akademie der Wissenschaften anders: "Der Begriff Nanotechnologie ist unscharf und je nach Anwendung unterschiedlich. Nano-Bereiche haben wenig gemein, außer dass sie etwas bezeichnen, was klein ist: In manchen Bereichen gibt es Forschungsanstrengungen mit langer Tradition, zum Beispiel in der Filtertechnik. Und andere Bereiche, etwa in der Pharmaindustrie, sind neu. Der Begriff sagt also wenig aus, außer dass er die Förderaktivitäten unter ein Dach bringt, woraus sich eine Strategie für die Bewusstseinsbildung ergibt. Nachteile und Vorteile sind jedoch, wie bei der Biotechnologie, sehr unterschiedlich." Torgersen warnt einerseits davor, der Nanotechnologie einen totalen Stopp zu verpassen wie der Gentechnik auf der grünen Wiese. Und andererseits sieht er im Nano-Zeitalter "kein Land von Milch und Honig: Der Mensch erschafft sich nicht mit der Nanotechnologie neu." Man müsse den Indizien nachgehen - und zwar mit mehr Verve, als Österreich dies derzeit tut. "Es gibt meistens zu wenig Geld, als dass man sich mit den Konsequenzen der Forschung, die gefördert wird, auch auseinander setzt: Da sieht man dann den Nutzen nicht."
Dabei sind Alltagsgegenstände, die mit dem Wissen der Nanotechnologie erzeugt wurden, allgegenwärtig. Man sieht sie nur nicht. Denn diese Fabrikate würden gar nicht unter dem Titel "Nanotechnolgie" verkauft. "Zum Beispiel Farbdrucker", sagt List: "Bestimmte Pigmente würden gar nicht auf dem Papier halten, wenn sie nicht Nanometer-Größe hätten." Auch Lack für frisch plombierte Zähne besteht aus Kleinst-Partikeln, die in den Zahnschmelz eindringen und ihn härten. UV-absorbierende Hautcremes enthalten nanometergroße Partikel, die das UV-Licht der Sonne reflektieren. Fensterreiniger enthalten katalytische Partikel, die Schmutz abweisen, und Computerhersteller betreiben einen enormen Aufwand, damit ihre Chips immer mehr leisten. List: "Die Nanotechnologie läuft im Hintergrund wie ein Betriebssystem." Bleibt nur die Frage, warum es noch keine "Wunder" gibt - zum Beispiel Zahnfüllungen, die mit Rest eines gesunden Zahns so verschmelzen, als wäre es ein neuer Zahn. "Entscheidend ist", sagt Unternehmer Loeschner, "ob sich die Industrie dafür interessiert. Sie können noch so ein tolles Patent haben: Ohne Kontakte und Interesse der Industrie läuft gar nichts."
(5/05)

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