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Nanopartikel - Chance oder Gefahr?

Neuer ILK Dresden-Podcast ist online

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>> Hier hören Sie unter dem Motto "Wissenschaft praktisch erklärt" den neuen ILK-Dresden Podcast

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

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