Nanopartikel

Im Gespräch: Prof. Uwe Franzke | Dr.-Ing. habil. Matthias H.
Buschmann

Nanopartikel – Chance oder Gefahr?

Nanopartikel spalten die Gesellschaft. Auf der einen Seite gibt
es unzureichend erforschte gesundheitliche Risiken. Auf der
anderen Seite bieten sie scheinbar ungeahnte Möglichkeiten durch
die deutlich anderen physikalischen Eigenschaften.

Das ILK Dresden hat an verschiedenen Themen geforscht, um sowohl
das Verhalten von Nanopartikeln besser zu verstehen als auch die
Möglichkeiten der Anwendung zur Effizienzsteigerung bei der
Wärmeübertragung kennenzulernen.

Heutiger Gast ist Herr Dr.-Ing. habil. Matthias H. Buschmann. Er
hat an der TU Dresden Strömungsmechanik / Thermodynamik studiert
und anschließend promoviert. Gegenstand seiner Promotion waren
„turbulente Wandgrenzschichten“.  Heute beschäftigt er sich
am ILK Dresden mit Strömungsmechanik, Wärme- und Stoffübertragung
und mit Nanofluiden.

Was genau sind
Nanopartikel?
„Nanopartikel sind, wie ihr Name schon sagt, sehr, sehr klein.
Wir bewegen uns in der Größenordnung von 1 Millionstel eines
Millimeters. Das klingt erstmal sehr klein, wenn wir jedoch uns
Wassermoleküle anschauen, die circa 0,3 Nanometer im Durchmesser
groß sind, sind die Partikel, die wir am ILK Dresden betrachten,
schon wieder relativ groß, denn sie haben 100 Nanometer. Diese
Partikel können auf unterschiedlichen Wegen hergestellt werden.
Vorrangig sind es Metalle oder Oxide, wie zum Beispiel
Siliziumoxid oder Metalle, wie sie uns im Alltag begegnen, wie
zum Beispiel Kupfer, Aluminium oder Gold.“

Was war Ihre Motivation, sich mit diesem Thema zu
beschäftigen?

„Wir beschäftigen uns nicht mit der Herstellung der Partikel. Wir
kaufen die Nanopartikel ein. Für uns sind in erster Linie die
Suspensionen bedeutsam, wo man die Nanopartikel in Wasser,
Kältemittel, Wärmeübertrageröl oder anderen Trägerfluiden
dispergiert. Damit prüfen wir, ob wir in ganz normalen
konventionellen Wärmeübertragungssystemen den Wärmeübertrager,
vorrangig ist das ja Wasser, durch solche Nanofluide -  die
bessere thermodynamische, thermophysikalische Stoffeigenschaften
haben - ersetzen kann. Unser Ziel ist es also, die
Wärmeübertragung zu verbessern, indem wir durch die Zufügung von
diesen Partikeln zu dem ursprünglichen Wärmeträger  dessen
Eigenschaften verbessern und somit die Wärmeübertragung
verbessern können.“

Welche wissenschaftlichen Herausforderungen gibt
es?

„Eine Herausforderung ist, die Prozesse laufen auf Skalen - Zeit
und Länge – ab, die wir experimentell nicht auflösen können. Wir
können nicht im Nano- oder Mikrometerbereich
Wärmeübertragerprozesse experimentell auflösen. Wir müssen immer
in den maschinenbaulich relevanten Zeitskalen und Abmessungen
denken und dann sehen ob die Effekte, die in viel kleineren
Skalen ablaufen, auch wieder in unseren Experimenten sichtbar
werden.“

Welche Gefahr geht für den Mensch oder die Umwelt
aus?

„Ich möchte vorab sagen, dass sich unsere Nanopartikel immer in
Suspensionen befinden. Das ist ein bisschen anders, als wenn sich
Nanopartikel in Form von Stäuben in der Luft befinden. Da sind
sie viel weniger zu kontrollieren als bei uns. Am ILK Dresden
sind Nanopartikel immer in Suspensionen gebunden.  Aber Sie
haben Recht, natürlich bestehen diese Herausforderungen. Die
Nanopartikel sind so klein, dass sie jede Barriere im
menschlichen Körper überwinden können. Sie können die
Blut-Hirn-Schranken überwinden und sie können quasi überall
Schaden anrichten, wenn sie in den Körper gelangen. Wir haben
aber, und da spreche ich wieder unsere chemischen Labore an,
Technologien entwickelt, wie man technisch korrekt und sorgfältig
mit den Nanofluiden umgeht, um solche Probleme zu
vermeiden.  Mehr noch, wir haben ein Europäisches Netzwerk
(gefördert durch COST), mit welchem wir einen Businessplan für
die Anwendung von Nanofluiden in den europäischen Industrien
entwickeln. Hier gehört als Komponente dazu: „Wie gehe ich
sicherheitstechnisch korrekt mit diesen Nanofluiden um?“ bis „Wie
entsorge ich sie korrekt?“.  Unter anderem gibt es Studien,
dieses Jahr zum Beispiel publiziert von einer unserer
portugiesischen Gruppen, die sehr genau auflisten, wo noch
Regulierungsbedarfe in der EU formuliert werden müssen und was
dort der Gesetzgeber noch leisten muss.“

Wo sehen Sie die Nanopartikel in 5 bis 10
Jahren?

„Mit dem Businessplan, den wir in einem europäischen Projekt
entwickeln, sind zwei Geschäftsfelder näher beschrieben worden.
Das erste ist die ERZEUGUNG von Nanofluiden mit thermodynamischen
Eigenschaften und das zweite ist ANWENDUNG und Nutzung in
Unternehmen, die Wärmeübertragungssysteme entwickeln, verkaufen
und warten. Ich denke, dass diese beiden Bereiche essentiell sind
und dass sich in den nächsten fünf Jahren entscheiden wird, ob
Unternehmen, wie zum Beispiel Start up‘s, auf diesen Zug
aufspringen und kostengünstig thermodynamische Nanofluide
herstellen können und damit dann auch große Anwendungen möglich
werden.“

Herr Dr.-Ing. habil. Matthias H. Buschmann erreichen Sie
telefonisch unter +49 (0)351- 4081 5311 oder per Email:
matthias.buschmann@ilkdresden.de