Berufsfeld Nanotechnologie

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AbsolventenInfo Ausgabe 1/ 2009

Berufsfeld Nanotechnologie

Kleinste Partikel eröffnen in der Forschung eine wachsende Anzahl an möglichen Einsatzfeldern.

Die Nanotechnologie verspricht innovative und zukunftsweisende Anwendungsmöglichkeiten, die schier unendlich zu sein scheinen. Die Forschungs- und Konstruktionsarbeiten finden dabei in sehr kleinen Strukturen statt, denn ein Nanometer entspricht lediglich einem Millionstel Millimeter. Aus winzigsten Partikeln, entstanden meist aus Elektro-Explosionen, ergeben sich also große Möglichkeiten.

Angewandt wird die Nanotechnologie, die von Experten bereits in einem Atemzug mit anderen Zukunftstechnologien wie der Biotechnologie genannt wird, in den unterschiedlichsten Betriebssparten, sei es zum Beispiel in der Energietechnik bei Brennstoff- und Solarzellen, in der Umwelttechnik bei Materialkreisläufen und in der Entsorgung sowie in der Informationstechnik bei Speichern und Prozessoren. Gleichermaßen zu nutzen machen sich alle Techiken die besondere Eigenschaft der Strukturen, die sich nicht durch die Art des Materials definiert, sondern aus der Größe und der Gestalt der Teilchen resultiert. Produkteinführungen wie Chips mit nanoskalischen Strukturierungen und Computerfestplatten wurden bereits erfolgreich absolviert.

Wirtschaftsstandort Deutschland
In der Forschung und Entwicklung nanotechnischer Produkte ist Deutschland bereits führend in Europa und besitzt in vielen Bereichen einen deutlichen Wissensvorsprung im Vergleich zu den europäischen Nachbarländern, aber auch weltweit. Neben der wirtschaftlichen Bedeutung erlangt die Technologie zunehmend einen hohen Stellenwert im Bereich Klimaschutz und Gesundheit, speziell in der Diagnostik und Therapie.
Aufgrund dieser Relevanz können Unternehmen Fördermittel sowohl von der Europäischen Union als auch von der Bundesregierung beantragen, um die bedeutsamen Forschungsergebnisse in innovative Produkte umzusetzen und damit neue Arbeitsplätze zu schaffen. Die EU gibt derzeit rund 740 Millionen Euro öffentliche Fördermittel für Projekte auf dem Gebiet der Nanotechnologie aus, die USA geben im Vergleich einen genauso hohen Betrag. Deutschland ist derzeit europaweit führend mit rund 290 Millionen Euro Förderung. Seit Anfang der 1990er Jahre unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung Projekte in der Forschung, Entwicklung und Fertigung im Bereich Nanotechnologie, seit 1998 wurden die Mittel vervierfacht. Um weiterhin konkurrenzfähig zu bleiben, müssen auch in den kommenden Jahren Beträge in ähnlicher Höhe wie bisher bereit gestellt werden.

Vielfältige Berufsfelder
Die Palette an möglichen Betätigungsfeldern ist überaus vielfältig. An dieser Stelle sollen einzelne Berufsfelder beschrieben werden, die ein besonders hohes Potenzial bieten.
Trotz der derzeitigen Automobilkrise zählt diese Branche zu den führenden Industriezweigen, die die Nanotechnologie nutzen. Zum Erhalt der internationalen Wettbewerbsfähigkeit sind Innovationen in den Bereichen Umweltverträglichkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit unumgänglich. Das Auto wird zukünftig an eigener Intelligenz gewinnen und auf Umweltreize und Fahrerverhalten angemessen reagieren. Scheiben und Spiegel passen sich den jeweiligen Lichtverhältnissen an, Sensoren reagieren bei Wetterveränderungen oder bei Kollisionsgefahr regeln die Autos selbstständig den Fahrzustand. Auch sind individuelle Gestaltungsmöglichkeiten durch elektronisch schaltbare Farbwechsel der Lacke schon bald keine Zukunftsmusik mehr. Die Optimierung des Verbrennungsprozesses und der Abgasreinigung, die Gewichtsminderung der Karosserie und die Entwicklung selbstausheilender Lacke sind nur einige weitere Vorteile der neuen Erkenntnisse durch den Nanokosmos. Auch die Bedeutung der Elektronik wird in Zukunft weiter zunehmen. Ihre Erforschung wird vor allem durch die Automobilindustrie vorangetrieben. Doch nicht nur in Autos wird Energie verbraucht. Circa acht Prozent des Gesamtenergieverbrauchs fallen heute allein der allgemeinen Beleuchtung zu, deren Bedarf auch weiterhin steigt. Daher gewinnen energiesparende Leuchtmittel zunehmend an Bedeutung. Die Frage nach LEDs (light emitting diodes) stieg zwar in den zurückliegenden Jahren enorm an, doch sind die Lichter für eine Anwendung in der Allgemeinbeleuchtung oder in Frontscheinwerfern von Autos noch nicht leistungsstark genug. Eine Lichtausbeute aus Halbleitern ist durch die Verwendung der Nanotechnologie nun möglich. Hierdurch können die Vorteile konventioneller Lichtquellen erhalten werden, wie zum Beispiel die Effizienz und die angenehme Farbe, die bei stromsparenden Leuchten oft kritisiert wird. Zum heutigen Zeitpunkt sind bereits 7.000 Arbeitnehmer in der Leuchtmittelproduktion tätig. Durch die Verbesserung der Nanotechnologie bestehen hier weiterhin große Ausbaumöglichkeiten, vorausgesetzt die Forschungsergebnisse können schnell im industriellen Sektor umgesetzt werden.
Auch die Gesundheitsvorsorge kann von der Nanotechnologie profitieren. Krankheiten wie Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen können durch den Einsatz von Nanopartikeln schneller erkannt und wirkungsvoller therapiert werden. Medikamente können durch die Oberflächen aus Nanostrukturen verträglicher gemacht werden. Weitere Einsatzbereiche sind die Implantat- und Regenerativmedizin wie auch die In-vivo-Diagnostik. Der weitere Einsatz kann zur Verbesserung oder zur Erforschung neuer Diagnostika und Therapeutika beitragen. Therapien können so erfolgreicher und schonender durchgeführt werden.

Neu etablieren kann sich derzeit die Nanobiotechnologie, die interdisziplinär mit unbelebter und belebter Natur arbeitet. Im Vordergrund steht das Verständnis von biologischen Funktionseinheiten im nanoskalischen Maßstab. So kann die Nanobiotechnologie beispielsweise bei Demenz eingesetzt werden, da kleinste Veränderungen in biologischen Abläufen kontrolliert werden können. Die Krankheit kann dadurch deutlich eher erkannt werden, als es heute möglich ist.

Zukunft Nanotechnologie
Für eine Karriere im Bereich der Nanotechnologie ist nicht zwangsweise ein Spezialstudiengang erforderlich. Auch Physiker, Chemiker, Verfahrenstechniker oder Absolventen der Materialwissenschaften können in den verschiedenen Branchen tätig werden, denn neben dem Einsatz Beder physischen und chemischen Natur der Produkte, stellt auch die Formgebung zum Beispiel in der Automobilindustrie und bei Baustoffen wichtige Verwendungsbereiche der Nanotechnologie dar. In der Forschung und Entwicklung ist die Kenntnis nanoanalytischer Verfahren eine wichtige Voraussetzung.
Bereits heute hängen zwischen 50.000 und 100.000 Arbeitsplätze direkt oder indirekt von der Zukunftstechnologie ab. Bis 2015 wird vermutlich fast jeder Industriebereich in unterschiedlichem Maße mit der Nanotechnologie in Berührung kommen, wobei die wichtigsten Industriezweige Elektronik, Chemie, Automobilbau, optische Industrie und der Gesundheitsbereich sind. Ein Umsatz durch Nano-Produkte von bis zu einer Billion Euro wird bis zu diesem Zeitpunkt weltweit erwartet. Damit die einzelnen Betriebe wettbewerbsfähig bleiben und die künftigen Prozesse in Forschung und Entwicklung vorantreiben können, sind innovative Entdeckungen und Einsatzmöglichkeiten des Nanokosmos unabdingbar. Mit Mitarbeiterzuwächsen von weit über 20 Prozent wird in den nächsten Jahren gerechnet.
Bei der Anzahl an Universitäten, Forschungseinrichtungen und -unternehmen, öffentlichen Einrichtungen, Verbänden als auch Geldgebern ist derzeit noch Nordrhein-Westfalen Spitzenreiter. Bayern, Baden-Württemberg, Hessen und Sachsen folgen auf den Rängen.
Derzeit dominieren eindeutig die Forschungseinrichtungen in ihrem Bedarf an Fachkräften. Im industriellen Sektor werden in den Bereichen Produktion, Qualitätssicherung, Marketing und Vertrieb, besonders bei der kundenorientierten Aufbereitung des Fachwissens, qualifizierte Mitarbeiter benötigt.

Interview mit einem Absolventen
Mit Nanotechnologie im Bereich der Lackchemie beschäftigt sich Dr. Jan-Bernd Greving. Der promovierte Wissenschaftler befasste sich nach seinem Chemie-Studium im Rahmen seiner Doktorarbeit mit organischer Chemie und stieg danach direkt bei der BASF Coatings AG in Münster- Hiltrup in die angewandte Forschung für Beschichtungen ein. Das Unternehmen, eines der weltweit führenden, beschäftigt sich speziell mit der Forschung und Entwicklung von Lacken und deren Eigenschaftsprofilen und somit auch mit neuen Potentialen durch Nanotechnologie. Insbesondere auf dem Arbeitsgebiet der Beschichtungen wird sich das Gesamteigenschaftsprofil der Lacke in Zukunft verändern, die Wissenschaftler des Betriebs untersuchen neue Einsatzgebiete, um neuen Bedürfnissen zum Beispiel
der Automobilindustrie gerecht zu werden.
„Mir ist zugute gekommen, dass ich mich schon während des Studiums interdisziplinär aufgestellt habe und unterschiedliche Bereiche der Chemie kennen lernen konnte. So habe ich ein breites Wissen und bin nicht zu stark auf einen Themenkomplex fixiert“, berichtet der Wissenschaftler. An diese lnterdisziplinarität knüpft auch die BASF Coatings an. So arbeiten mit Dr. Jan-Bernd Greving Absolventen aus verschiedenen chemischen und physikalischen Forschungsrichtungen zusammen, um die breit gestreuten Themenfelder der Nanotechnologie in einem Kompetenzteam bündeln zu können.
„Bei BASF beschäftige ich mich schwerpunktmäßig mit ,Neuen Funktionalitäten‘ von Klarlacken“, erklärt Greving. „Hier untersuchen wir an unterschiedlichen Lacksystemen die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Molekülen und deren Wirkung. Wir unterstützen damit unsere operativen Entwicklungsprojekte.“ In diesem Feld sieht der Chemiker besondere Entwicklungsmöglichkeiten, unter anderem für hochkratzfeste Beschichtungen für Kunststoffanwendungen und neue ökonomische Aushärteverfahren. Da das Unternehmen die Entwicklungen auf dem weltweiten Markt im Auge hat, investiert es große Summen in die betriebseigenen Forschungsabteilungen.

Risiken des Nanokosmos
In den Fokus nehmen die Wissenschaftler des Kompetenzteams von Dr. Jan-Bernd Greving zum Beispiel den Einsatz von festen Partikeln, insbesondere von Silikat, die so klein sein müssen, dass sie optisch nicht wahrnehmbar sind und somit die wichtige Rolle der Lacke, die Farbgebung, in keiner Weise stören.
Daher wertet der Wissenschaftler den Einsatz von Nanotechnologie im chemischen Bereich überaus als positiv, auch wenn Nutzen und Risiken des Nanokosmos in vielen Bereichen noch lange nicht umfassend erkannt und bewertet sind.

Nanowürfel dienen als Speichermedium für Wasserstoff

Der Wunsch, mobil zu sein und trotzdem nicht auf Kommunikation und Unterhaltung zu verzichten, hat zu immer kleineren und leichteren elektronischen Geräten geführt. Ob Laptop, Handy oder CD-Player, die Energieversorgung dieser Elektronik für unterwegs ist eine zentrale Frage. Was heute noch Akkus und Batterien leisten, könnte in Zukunft ein Einsatzgebiet von Minibrennstoffzellen sein.

Vernetzung zum erfolgreichen Technologietransfer - Bundesregierung unterstützt die Unternehmen mit dem Aktionsplan 2010

Nanotechnologie ist eine Querschnittstechnologie. Das heißt, eine Vernetzung aller Partner der Wertschöpfungskette, sowohl aus der Wirtschaft als auch der Wissenschaft, ist für eine hohe Innovationstätigkeit sowie für einen erfolgreichen
Technologietransfer unumgänglich.
Dieses Ziel wird nicht nur in der Bundesrepublik, sondern auch auf internationaler Ebene angestrebt. In Deutschland wurde zum Vorantreiben der Netzwerkbildung und Forschung im Bereich Nanotechnologie von der Bundesregierung der „Nano-Initiative-Aktionsplan 2010“ entwickelt.
Seit 1998 fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung regionale und überregionale Kompetenznetze in der Nanotechnologie. Bundesweit aktiv und themenübergreifend sind diese Netzwerke etabliert und haben sich inzwischen zu Zentren herausragender Kompetenzträger entwickelt. Die Akteure stammen sowohl aus der Grundlagenforschung als auch der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung, der industriellen Vermarktung, Finanzierung sowie dem Technologietransfer.
Auch regional bildete sich bereits eine Vielzahl weiterer Netzwerke, die von dem nun stärker organisierten Informationsaustausch profitierten. Unterstützt wird dabei auch die Sensibilisierung für den verantwortungsvollen Umgang mit Nanotechnologie, die mit einer verstärkten Auseinandersetzung mit dem Thema einhergeht. Durch die Netzwerkbildung können Fragmentierungen und Dopplungen von Aktivitäten in Forschung und Entwicklungen vermieden werden. Aus- und Neugründungen werden ebenso unterstützt wie die Mobilisierung von privaten und öffentlichen Investitionen.
Damit nanotechnologiebasierte Innovationen nicht an politischen Barrieren scheitern und neue Risiken transparent beschrieben und bewertet werden können, wird die Bundesregierung ihre Fachpolitiken zunehmend aufeinander abstimmen und die vielfältigen Aktivitäten ressortübergreifend bündeln und verzahnen. Auch in Bezug auf die Förderung wird in der Politik ein neuer Weg eingeschlagen, wenn eine gemeinsame Förderfibel einen Überblick zu Förderungsmöglichkeiten der einzelnen Ressorts bietet und damit die Transparenz der Förderpolitik für die Antragsteller verbessert wird. Aufgrund der neuen Anforderung an Forschung und Entwicklung, haben sich auch die Ansprüche an Aus- und Weiterbildungen, Kompetenzentwicklung und Nachwuchsförderung geändert. Eine stärkere Ausrichtung der Berufsorientierung auf neue aussichtsreiche Beschäftigungsmöglichkeiten und eine Verzahnung neuer Bildungsangebote mit dem Bedarf der Unternehmen, wobei der Fokus selbstverständlich auf der Nanotechnologie liegen sollte, sind daher unerlässlich.

Veröffentlicht in absolventenInfo / Ausgabe 01/09
Verfasst von absolventenInfo

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