Aktionsplan Nanotechnologie 2020 - Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung - BMBF

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Aktionsplan Nanotechnologie 2020 - Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung - BMBF
Aktionsplan
­Nanotechnologie 2020
Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung
Aktionsplan Nanotechnologie 2020 - Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung - BMBF
Innovationen für ein gutes Leben
Innovationskraft ist der Motor für
Wohlstand und Lebensqualität in
Deutschland                                                 Die Zukunftsthemen der Hightech-Strategie 2025:

Innovationen haben Deutschland erfolgreich gemacht.                      Wirtschaft und Arbeit 4.0
Damit Engagement und Erfindergeist weiterhin hier                        Wir nutzen die Digitalisierung, um die Arbeitswelt
zu Hause sind, müssen wir heute handeln. Wir müssen                      im Sinne der Menschen zu gestalten – für starke
                                                                         Unternehmen und gute Arbeit.
gewappnet sein für gesellschaftliche Veränderungen,
rasanten technologischen Wandel und starke internationale
Konkurrenz. Die Bundesregierung stellt sich diesen                       Nachhaltigkeit, Klimaschutz
Herausforderungen mit der Hightech-Strategie 2025.                       und Energie
                                                                         Wir zeigen Wege in eine nachhaltige Lebens- und
Alle Bundesministerien ziehen an einem Strang, um Wissen                 Wirtschaftsweise auf, um die Vielfalt der Natur zu
                                                                         erhalten und Ressourcen zu schonen.
zur Wirkung zu bringen und Fortschritt zu ermöglichen,
der in der Lebenswelt der Menschen spürbar wird.
                                                                         Stadt und Land
In ihren drei Handlungsfeldern „Gesellschaftliche Heraus-                Wir fördern gleichwertige Lebensverhältnisse
forderungen“, „Deutschlands Zukunftskompetenzen“ und                     im ganzen Land und greifen auf die regionalen
                                                                         Kompetenzen und die Kreativität vor Ort zurück.
„Offene Innovations- und Wagniskultur“ legt die Hightech-
Strategie 2025 einen Schwerpunkt auf offene Innovations-
und Transferprozesse, um eine Vielzahl von Akteuren zu                   Gesundheit und Pflege
ermutigen, den Fortschritt aktiv mitzugestalten.                         Wir setzen auf eine leistungsstarke
                                                                         Gesundheitsforschung, die ein aktives und
                                                                         selbstbestimmtes Leben ermöglicht.
Der Kampf gegen den Krebs, deutlich weniger Plastik
in der Umwelt oder gleichwertige Lebensverhältnisse in
Deutschland: Gemeinsam mit Wirtschaft, Wissenschaft                      Mobilität
und Gesellschaft wollen wir innovativ und im Dialog an                   Wir stärken die Mobilität für eine intelligente
                                                                         Fortbewegung nach den Bedürfnissen der Menschen
diesen Zielen arbeiten.                                                  und für den Schutz des Klimas.

Weitere Informationen finden Sie unter:
hightech-strategie.de                                                    Sicherheit
                                                                         Wir bauen die zivile Sicherheitsforschung für eine
                                                                         freie Gesellschaft aus – etwa zur Bekämpfung
                                                                         von Cyberkriminalität oder zum Schutz der
                                                                         Infrastruktursysteme.
Aktionsplan Nanotechnologie 2020 - Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung - BMBF
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Inhaltsverzeichnis

1     Einleitung                                                                       5

2     Strategische Ziele der Bundesregierung                                           8

3     Status quo der Nanotechnologie in Deutschland                                   12
3.1 Bilanzierung der nationalen Förderung                                             12
3.2 Akteure der Nanotechnologie in Deutschland                                        14

4     Zu den Zukunftsaufgaben der neuen Hightech-Strategie beitragen                  15
4.1   Digitale Wirtschaft und Gesellschaft                                            15
4.2   Nachhaltiges Wirtschaften und Energie                                           16
4.3   Innovative Arbeitswelt                                                          17
4.4   Gesundes Leben                                                                  18
4.5   Intelligente Mobilität                                                          19
4.6   Zivile Sicherheit                                                               20

5     Forschungs- und Förderprogramme wertschöpfungsorientiert anlegen 22
5.1   Fachprogramme des Bundes                                                        22
5.2   Förderstrukturen, Forschungsorganisationen und Ressortforschungseinrichtungen   25
5.3   Technologieoffene Förderung                                                     27
5.4   Innovationsbegleitende Maßnahmen                                                29

6     Risiken von Nanomaterialien für Mensch und Umwelt erkennen –
      Innovationen nachhaltig gestalten                                               31
6.1   Risiken frühzeitig erkennen und bewerten                                        31
6.2   Materialinnovationen anwendungssicher und umweltverträglich ausrichten          34
6.3   Produktlebenszyklen nachhaltig anlegen                                          35
6.4   Risikokommunikation intensivieren                                               37

7     Rahmenbedingungen für nachhaltige Innovationen schaffen                         38
7.1 Gesetzgebung und Regulierung                                                      38
7.2 Metrologie, Standardisierung und Normung                                          41
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2                                                                Aktionsplan ­Nanotechnologie 2020

8   Kommunikation transparent und dialogorientiert durchführen                                44
8.1 Informationsplattformen erweitern                                                          44
8.2 Dialogprozesse fortsetzen                                                                  45

9   Internationale Aktivitäten aufeinander abstimmen                                          46
9.1 Deutsche Beteiligungen an Förderprogrammen der EU ausbauen                                 48
9.2 Internationale Zusammenarbeit stärken                                                      50

10 Fazit und Ausblick                                                                         51
Fazit                                                                                          51
Ausblick                                                                                       53

Anhang                                                                                        55
Weiterführende Informationen                                                                   55
Abkürzungsverzeichnis                                                                          56
Endnotenverzeichnis                                                                            58
Impressum                                                                                      61
Aktionsplan Nanotechnologie 2020 - Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung - BMBF
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Aktionsplan Nanotechnologie 2020 - Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung - BMBF
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Aktionsplan Nanotechnologie 2020 - Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung - BMBF
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1 Einleitung

Anwendungen auf Basis nanotechnologischer Erkenntnisse haben in den letzten Jahren wirtschaftlich an Bedeutung
gewonnen und halten Einzug in den Alltag von Arbeitnehmerschaft, Verbraucherinnen und Verbrauchern. Nanotech-
nologiebasierte Produktinnovationen spielen in vielen Lebensbereichen wie der Gesundheit und Ernährung, der Arbeit,
dem Wohnen, der Mobilität und der Energieerzeugung eine zunehmend wichtige Rolle. Mit dem Aktionsplan Nano-
technologie 2020 legt die Bundesregierung ihre ressortübergreifende Strategie zur Förderung der Nanotechnologie für
den Zeitraum 2016-2020 vor. Sie verfolgt damit das Ziel, in Deutschland die Chancen und Potenziale der Nanotechno-
logie weiterhin zu nutzen, ohne dabei mögliche Risiken für Mensch und Umwelt außer Acht zu lassen.

Um diese Entwicklung verantwortungsvoll begleiten           (BMUB), das Bundesministerium für Verteidigung
und aktiv mitgestalten zu können, bündelt die Bun-          (BMVg) und das Bundesministerium für Wirtschaft
desregierung ihre Aktivitäten und Maßnahmen zur             und Energie (BMWi) am Aktionsplan Nanotechnologie
Förderung der Nanotechnologie in einem ressortüber-         2020 beteiligt.
greifenden Handlungskonzept, dem sogenannten „Ak-
tionsplan Nanotechnologie 2020“. Neben der Nutzung          Die ressortübergreifende Zusammenarbeit auf dem
der Chancen nanotechnologischer Entwicklungen               Gebiet der Nanotechnologie trägt dem Anspruch nach
bestimmt gleichermaßen die anwendungssichere und            verantwortlichem Regierungshandeln Rechnung. Da-
umweltverträgliche Gestaltung mit dieser Technologie        bei werden Nachhaltigkeit, Sicherheit und der Schutz
das politische Handeln. Unter Federführung des Bun-         von Mensch und Umwelt als übergeordnete Ziele einer
desministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)            grundsätzlich auf Mensch und Umwelt bezogenen In-
sind auch das Bundesministerium für Arbeit und              novationspolitik definiert. Auf Basis der Ergebnisse der
Soziales (BMAS), das Bundesministerium für Ernäh-           Nanorisikoforschung ist die Politik aufgefordert, ange-
rung und Landwirtschaft (BMEL), das Bundesministe-          messene regulatorische Rahmenbedingungen zu schaf-
rium für Gesundheit (BMG), das Bundesministerium            fen, um einen sicheren Umgang mit Nanomaterialien
für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit          zu gewährleisten, jedoch ohne dabei Innovationen und
Aktionsplan Nanotechnologie 2020 - Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung - BMBF
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die internationale Wettbewerbsfähigkeit der Industrie                  genutzt und darauf aufbauende Wertschöpfungsketten
über das notwendige Maß hinaus einzuschränken.                         innovationsorientiert ausgerichtet werden.
Auch der Koalitionsvertrag der Bundesregierung aus
dem Jahr 2013 weist der Nanotechnologie großes                         Bereits seit 2006 koordinieren sieben Bundesministe-
Potenzial bei der Initiierung von Innovationsprozessen                 rien im Rahmen der „Nano-Initiative – Aktionsplan
zu. Gleichzeitig wird die Notwendigkeit staatlicher                    2010“ ihre Arbeit auf dem Gebiet der Nanotechnologie
Begleitforschung zu Auswirkungen künstlich herge-                      mit dem Ziel, den nationalen Ausbau dieser Zukunfts-
stellter Nanomaterialien auf Mensch und Umwelt als                     technologie gemeinsam zu befördern. Dabei wurden
unverzichtbar erachtet. Globale Herausforderungen                      verschiedene Aktivitäten zur Förderung kleiner und
wie der Klimawandel, die demografische Entwicklung,                    mittlerer Unternehmen (KMU), zur Verbundforschung,
die Bekämpfung von Volkskrankheiten, die Sicherstel-                   zur Nanorisikoforschung und zur Förderung eines
lung der Welternährung und die Endlichkeit der fossi-                  transparenten Dialogs mit der Öffentlichkeit hinsicht-
len Rohstoff- und Energiequellen erfordern zukunfts-                   lich der Chancen und Auswirkungen der Nanotechno-
fähige Lösungen, die mit Hilfe von Forschung, neuen                    logie zusammengeführt.
Technologien und der Verbreitung von Innovationen
befördert werden können.                                               Dieser ressortübergreifende Ansatz wurde Anfang 2011
                                                                       durch den „Aktionsplan Nanotechnologie 2015“ für
Aus diesem Grund richtet die Bundesregierung ihre                      weitere fünf Jahre fortgeführt. Dabei fanden verstärkt
Innovationspolitik im Rahmen ihrer neuen Hightech-                     Aspekte der wirtschaftlichen Verwertung, der verant-
Strategie (HTS) konsequent an zentralen gesellschaft-                  wortungsvolle Umgang mit Material und Technik, die
lichen Herausforderungen aus. Der Nanotechnologie                      Verbesserung der Rahmenbedingungen für Unter-
wird in diesem Zusammenhang großes Potenzial zur                       nehmen und die öffentliche Diskussion zum Thema
Lösung von Problemen in ausgewiesenen Zukunfts-                        Nanotechnologie Berücksichtigung.
feldern zugeschrieben. Wie im Falle anderer Hoch-
technologien gilt es aber auch in der Nanotechnologie,                 Die im August 2014 von der Bundesregierung neu
frühzeitig eine verantwortungsvolle Innovationspolitik                 aufgelegte Hightech-Strategie „Innovationen für
und eine abgestimmte Zusammenarbeit aller Akteure                      Deutschland“ konzentriert sich auf die sechs prio-
aus Forschung, Bildung, Wirtschaft, Politik und Gesell-                ritären Zukunftsaufgaben Digitale Wirtschaft und
schaft zu forcieren. Im Rahmen der neuen Hightech-                     Gesellschaft, Nachhaltiges Wirtschaften und Energie,
Strategie sollen die bestehenden Potenziale auch im                    Innovative Arbeitswelt, Gesundes Leben, Intelligente
Bereich der Nanotechnologie für Deutschland besser                     Mobilität und Zivile Sicherheit. Die Breite und Kom-

Nanomaterialien verändern die Benetzungseigenschaften von Textilien.
Aktionsplan Nanotechnologie 2020 - Eine ressortübergreifende Strategie der Bundesregierung - BMBF
1    Einleitung                                                                                                             7

plexität der definierten Zukunftsaufgaben macht
eine strategische Innovationspolitik erforderlich, die
sowohl technologische als auch soziale Innovationen
berücksichtigt.1 Dieser Neuausrichtung der Hightech-
Strategie wird im „Aktionsplan Nanotechnologie 2020“
Rechnung getragen. Das nahtlos an den Aktionsplan
2015 anknüpfende Handlungskonzept zeigt auf, in
welcher Weise nanotechnologische Verfahren und
Materialien für die Bewältigung der sechs Zukunfts-
aufgaben nützlich sind.

Die hier vorgelegte Broschüre ist ein weiterer Beitrag
der Politik für den transparenten Dialog mit der Öf-
fentlichkeit über das Thema Nanotechnologie. Neben
einer Beschreibung des Status quo der nationalen
Nanotechnologie wird nach 10 Jahren ressortübergrei-
fender Zusammenarbeit erstmalig ein Fazit gezogen,
welche Fortschritte aus Sicht der beteiligten Ressorts
erreicht wurden, wo sich potenzielle Lücken identifi-
zieren lassen und folglich Handlungsbedarf hinsicht-
lich zukünftiger Aktivitäten ableitet.

    Definition
                                                         Die Haftkraft des Geckos basiert auf Nanostrukturen an seinen Füßen.
    Die Nanotechnologie nutzt eine Fülle unterschied-
    licher Materialeigenschaften und Verfahren, die
    eine eindeutige Definition schwierig machen. Da-       Materials die Bewegungsfreiheit seiner Elektronen
    her wird in der Regel ein pragmatischer Beschrei-      zu gestalten erlaubt. So werden zielgerichtete Mate-
    bungsansatz gewählt, der auch diesem Aktionsplan       rialentwicklungen möglich, beispielsweise partikel-
    zugrunde liegt:                                        größenabhängige Farbänderungen, eine extreme
                                                           Zunahme der Wärme- und Stromleitfähigkeit oder
    „Die Nanotechnologie befasst sich mit der kont-        eine Steigerung der Reaktivität von Partikeloberflä-
    rollierten Herstellung und Nutzung von Materia-        chen. Biologische Einheiten im Nanogrößenbereich
    lien und Komponenten mit funktionsrelevanten           wie beispielsweise Viren oder Antikörper sind von
    Strukturgrößen unterhalb von 100 Nanometern            diesem Beschreibungsansatz nicht erfasst.
    in mindestens einer Richtungsdimension. Dabei
    resultieren aus der Nanoskaligkeit neue Funktio-       Um Nanomaterialien im rechtlichen Sinne zu
    nalitäten und Eigenschaften, die zur Verbesserung      identifizieren, hat die EU-Kommission (KOM) eine
    bestehender oder zur Entwicklung neuer Produkte        weit gefasste Definitionsempfehlung gegeben.3
    und Anwendungen beitragen können.“2 Diese neu-         Danach besteht ein Nanomaterial zu mindestens
    en Funktionalitäten und Eigenschaften sind zum         50 Anzahlprozent aus Partikeln im Größenbereich
    einen bedingt durch eine, bezogen auf ihr Volumen,     zwischen 1 nm und 100 nm. Dies schließt größere
    enorm große Oberfläche, durch die nanoskali-           Einheiten bestehend aus Primärpartikeln in Na-
    ge Objekte mit ihrer Umgebung wechselwirken            nogröße ein. Diese Empfehlung lässt ausdrücklich
    können. Zum anderen vermögen Quanteneffekte            Abweichungen in spezifischen Regulierungsberei-
    die Eigenschaften eines Werkstoffs grundlegend zu      chen zu. Im Lebensmittelbereich und für kosmeti-
    verändern, da die nanoskalige Strukturierung eines     sche Mittel werden eigene Definitionen verwendet.
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2 Strategische Ziele der Bundesregierung

Eine verantwortungsvolle Innovationspolitik adressiert sowohl Chancenwahrung als auch Risikoforschung. Wichtig
für das Gelingen einer solchen auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Strategie ist eine enge Zusammenarbeit von Politik,
Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft. Nur durch die transparente Darstellung von Ergebnissen der Chancen- als
auch Risikoforschung sowie durch einen intensiven Dialog mit der Öffentlichkeit wird gesellschaftliche Akzeptanz von
Technologie möglich.

Eine koordinierte Innovationspolitik dient der nach-        Dabei sollen durch interdisziplinäre Forschung
haltigen Sicherung der internationalen Wettbewerbs-         Synergien freigesetzt, die Innovationsdynamik der
fähigkeit Deutschlands. Aus diesem Grund wurde              Wirtschaft gestärkt und die Rahmenbedingungen für
die Hightech-Strategie der Bundesregierung zu einer         erfolgversprechende Innovationen verbessert wer-
umfassenden ressortübergreifenden Innovationsstra-          den. Dafür ist es auch notwendig, den Dialog mit der
tegie weiterentwickelt. Innovationen sollen dabei zur       Gesellschaft zu fördern und Bildungsprogramme zu
Lösung globaler Herausforderungen beitragen und             initiieren. Der bisher erfolgreich durchgeführte ressort-
die Lebensqualität von Bürgerinnen und Bürgern              übergreifende Ansatz einer koordinierten Forschungs-
verbessern. Dazu bedarf es neuer Konzepte für die           und Innovationspolitik auf dem Gebiet der Nanotech-
Entwicklung besserer Produkte, Verfahren und Dienst-        nologie wird von der Bundesregierung konsequent
leistungen, wofür durch Erforschung von Schlüssel-          fortgesetzt. Auf diese Weise können der erreichte hohe
technologien wie beispielsweise der Nanotechnologie         Stand der Forschung und die positiven Wirtschafts-
die Grundlagen geschaffen werden können. Heutzu-            effekte weiter ausgebaut und die Nachhaltigkeit von
tage finden sich bereits zahlreiche Anwendungen auf         Innovationen durch eine begleitende Risikoforschung
Basis der Nanotechnologie in Alltags- und Verbrau-          und -kommunikation unterstützt werden.
cherprodukten, weitere Innovationen sind auf dem
Weg, um neue Märkte zu erschließen. Für ein export-
orientiertes und rohstoffarmes Land wie Deutschland,
dessen Wettbewerbsfähigkeit eng an Zukunftsmärkte
gekoppelt ist, ist ein Wissensvorsprung in den Hoch-
technologiebereichen besonders wichtig. Um hier auch
international langfristig konkurrenzfähig zu bleiben,
wird die Förderung von Schlüsseltechnologien – wie
der Nanotechnologie – als integrativer Teil der neuen
Hightech-Strategie weiterentwickelt.
2   Strategische Ziele der Bundesregierung                                                                          9

    Die Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt,                frühzeitige Vernetzung von Akteuren die effiziente
    • die Nanotechnologieförderung an prioritären                 Umsetzung von Forschungsergebnissen in Anwen-
       Zukunftsaufgaben der neuen Hightech-Strategie              dungen und Dienstleistungen zu beschleunigen.
       auszurichten                                               Dazu sollen besonders kleine und mittelständische
       Die Anwendung nanotechnologischer Erkenntnisse             innovative Unternehmen durch gezielte Maßnah-
       zur Erzeugung von Produkten mit neuen Funktio-             men unterstützt werden, um vorwettbewerbliche
       nalitäten hat bereits in zahlreichen Branchen Ein-         Technologieentwicklungen schneller in vermarkt-
       zug gehalten. Der zukünftige wirtschaftliche Erfolg        bare kommerzielle Produkte zu transferieren. Um
       von Hightech-Produkten wird davon abhängen, ob             das weltweit verfügbare Wissen nutzen zu können,
       neue Chancen, welche von Schlüsseltechnologien             werden zudem geeignete internationale Kooperati-
       wie der Nanotechnologie eröffnet werden, weiter-           onen ausgebaut.
       hin konsequent genutzt werden. Dazu gehört auch
       die Abwägung etwaiger Risiken durch Nanotech-          •   durch begleitende Risikoforschung und -kommu-
       nologie und die Gewährleistung einer sicheren              nikation die verantwortungsvolle Gestaltung der
       Verwendung von Nanomaterialien in Produktions-             Nanotechnologie als Beitrag zur nachhaltigen Ent-
       prozessen und Produkten. Die auf eine verantwor-           wicklung zu gewährleisten
       tungsvolle Nutzung ausgerichteten Forschungs-              In der Öffentlichkeit gibt es neben der Wahrneh-
       und Förderaktivitäten sind auf die in der neuen            mung der Chancen auch eine Diskussion zu mög-
       Hightech-Strategie benannten Zukunftsaufgaben              lichen Risiken der Nanotechnologie. Nanoskalige
       konzentriert: Digitale Wirtschaft und Gesellschaft,        Effekte generieren zwar neue Funktionalitäten, sie
       Nachhaltiges Wirtschaften und Energie, Innovative          werfen aber gleichzeitig Fragen zu den Auswirkun-
       Arbeitswelt, Gesundes Leben, Intelligente Mobilität,       gen auf Mensch und Umwelt bei der Entwicklung,
       Zivile Sicherheit. Die Bundesregierung will durch          Herstellung, Nutzung und Entsorgung nanotechno-
       diese Fokussierung der Forschungsförderung die             logischer Produkte auf. Folglich stehen die sachge-
       Zusammenarbeit von Wirtschaft und Wissenschaft             rechte Ausfüllung des Vorsorgeprinzips bei noch
       intensivieren, den Aufbau themenbezogener strate-          fehlenden Risikodaten sowie die wissenschaftlich
       gischer Partnerschaften beschleunigen und durch            fundierte Weiterentwicklung von Rechtsvorschrif-
       zielgerichteten Ergebnistransfer zu Wohlstand und          ten und Praxisempfehlungen ebenfalls im Fokus
       Lebensqualität unserer Gesellschaft beitragen.             derzeitiger Ressortaktivitäten. Durch Forschungs-
                                                                  vorhaben zur Ermittlung öko- und humantoxi-
    •   die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen            kologischer Gefahren, Lebenszyklusanalysen und
        durch eine effizientere Ergebnisumsetzung zu ver-         Ableitung sicherer Expositionsszenarien trägt die
        bessern                                                   Bundesregierung dazu bei, die potenziellen Risi-
        Deutschland muss seine Wettbewerbsfähigkeit               ken besser einzuschätzen und ein differenziertes
        ständig durch neue Innovationen absichern. Der            Risikomanagement zu betreiben. Dadurch soll die
        Anteil forschungsintensiver Produkte an der               umwelt- und gesundheitsverträgliche Entwicklung
        Wertschöpfung nimmt folglich kontinuierlich               der Nanotechnologie gewährleistet werden.
        zu. Wachstum und Beschäftigung sind nur durch             Die Ressortforschungseinrichtungen Bundesanstalt
        einen erfolgreichen Transfer erarbeiteter Ergeb-          für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), Um-
        nisse in Anwendungen zu erzielen. Produktion ist          weltbundesamt (UBA), Bundesinstitut für Risikobe-
        zunehmend in globalen Wertschöpfungsketten                wertung (BfR), Bundesanstalt für Materialforschung
        organisiert, anzuwendendes Wissen ist disziplin­          und -prüfung (BAM) und die Physikalisch-Tech-
        übergreifend geprägt und Innovationen sind eng            nische Bundesanstalt (PTB) verfolgen hierzu eine
        mit der Lösung gesellschaftlicher Herausforderun-         gemeinsame Forschungsstrategie. Sie zielt vor allem
        gen verknüpft. Besonders in Themenbereichen wie           auf eine anwendungssichere und umweltverträg-
        der Nanotechnologie ist eine koordinierte Zusam-          liche Gestaltung neuer Materialien in einer frühen
        menarbeit der involvierten Bundesressorts notwen-         Innovationsphase ab. Darüber hinaus werden
        dig. Wissenschaft, Wirtschaft und Politik werden in       Handlungsoptionen und Praxishilfen zu Arbeits-,
        bewährter Weise eng zusammenarbeiten, um durch            Verbraucher- und Umweltschutzmaßnahmen für
10                                                                                                Aktionsplan ­Nanotechnologie 2020

     den gesamten Lebenszyklus von der Herstellung                       •   innovationsfreundliche Rahmenbedingungen für
     bis zur Entsorgung abgeleitet. Durch den Anstieg                        nachhaltiges Wirtschaften zu gestalten
     des Einsatzes von Nanomaterialien steigen gleich-                       Ein erfolgreicher und nachhaltiger Ergebnistransfer
     falls die damit verbundenen abfallwirtschaftlichen                      in innovative Produkte und Anwendungen erfor-
     Herausforderungen. Die während der Herstellung,                         dert eine verantwortliche Forschungs- und Förder-
     im Rahmen von Produktionsprozessen und nach                             politik und die Gestaltung innovationsfreundlicher
     dem Ende der Nutzungsphase anfallenden nano-                            Rahmenbedingungen. Durch faire Wettbewerbsbe-
     materialhaltigen Abfälle bedürfen einer besonderen                      dingungen und transparente Marktlagen, Risiko-
     Berücksichtigung beim Recycling oder der um-                            kommunikation, Finanzierungsmöglichkeiten für
     weltgerechten Entsorgung. Auch zur Frage, ob und                        KMU und Start-ups, Gewährleistung einer qualifi-
     inwieweit die Entsorgung nanomaterialhaltiger                           zierten Fachausbildung, Maßnahmen zum Schutz
     Abfälle zu einer Gefährdung oder Belastung für                          von Urheberrechten und die Erarbeitung interna-
     Mensch und Umwelt führen kann, bestehen noch                            tional anerkannter Normen und Standards unter-
     Wissenslücken. Diese sind teilweise bereits Gegen-                      stützt die Bundesregierung sowohl die Generierung
     stand von Forschungsvorhaben sowie verschiedener                        sicherer Produkte als auch eine Kultur der Technik­
     Untersuchungen, insbesondere im Rahmen einer                            aufgeschlossenheit in Wirtschaft und Gesellschaft.
     Arbeitsgruppe des Umweltdirektorats der Orga-                           Gut qualifizierte Fachkräfte, ausreichend vorhan-
     nisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und                         dener wissenschaftlicher Nachwuchs und bedarfs-
     Entwicklung (OECD).                                                     gerechte Aus- und Weiterbildungsangebote für die
     Über Bürger- und Stakeholder-Dialoge, Internet-                         Arbeitnehmerschaft in der Nanotechnologie sind
     plattformen und Verbraucherkonferenzen werden                           notwendig für die Beschäftigungssicherung und
     die Untersuchungsergebnisse zu möglichen Um-                            Unternehmensentwicklung. Dazu gehören auch der
     welt- und Gesundheitsrisiken transparent aufbe-                         Aufbau von Netzwerken, Übersichten zu Aus- und
     reitet und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt                    Weiterbildungsmöglichkeiten, die Durchführung
     und diskutiert.                                                         von Branchendialogen sowie die Bereitstellung von

Bürgerdialoge dienen zur transparenten Darstellung der Chancen und Risiken der Nanotechnologie.
2   Strategische Ziele der Bundesregierung                                                                                 11

                                                                       von nationalen Metrologieinstituten (in Deutsch-
                                                                       land die PTB) sowie den designierten Instituten
                                                                       BAM, UBA und Bundesamt für Verbraucherschutz
                                                                       und Lebensmittelsicherheit (BVL), wird die inter-
                                                                       nationale Vergleichbarkeit der Messergebnisse für
                                                                       wesentliche Messgrößen regelmäßig geprüft und
                                                                       sichergestellt.

            Ermittlung des Staubungsverhaltens von Nanomaterialien
               am ­Prüfstand der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und
                                                     Arbeitsmedizin.

      Fördermitteln und Kapital zur Gründungsfinanzie-
      rung. Durch Normen und Standards können Märkte
      für innovative Technologien geöffnet und Markt-
      transparenz geschaffen werden. Sie tragen dadurch
      unmittelbar zur Steigerung der Wettbewerbsfähig-
      keit und Innovationskraft von Unternehmen bei. In
      der Nanotechnologie erfordern die zunehmenden
      Forschungsaktivitäten, Produktentwicklungen und
      auch Regulierungsmaßnahmen nicht nur mög-
      lichst weitgehend vereinheitlichte Definitionen
      und Terminologien, sondern auch international
      abgestimmte und auf das Internationale Einheiten-
      system (SI) metrologisch rückgeführte Prüf- und
      Messmethoden sowie Verarbeitungsverfahren.
      Im Bereich der Standardisierung befasst sich auf
      internationaler Ebene die International Organiza-
      tion for Standardization (ISO) und die OECD sowie
      auf europäischer Ebene das European Committee
      for Standardization (CEN) mit der Erarbeitung
      von Normen und Standards. Die Bundesregierung
      unterstützt das aktive Engagement deutscher
      Expertinnen und Experten in den jeweiligen Aus-
      schüssen. Durch ein System von internationalen
      Vergleichsmessungen, organisiert und durchgeführt
12

3 Status quo der Nanotechnologie in Deutschland

Deutschland ist im internationalen Vergleich bei der Erforschung, Entwicklung und Vermarktung nanotechnologischer
Erkenntnisse, aber auch zu Fragen möglicher Risiken für Mensch und Umwelt, mit führend. Hierzu hat die im Jahr 2006
begonnene koordinierte Zusammenarbeit von sieben Bundesressorts bei der Förderung der Nanotechnologie einen
erheblichen Beitrag geleistet. Unter dem Dach des Aktionsplans wurden sowohl die Nutzung nanotechnologischer
Anwendungen als auch mögliche Auswirkungen von Nanomaterialien auf Mensch und Umwelt untersucht, um die
Grundlage für eine verantwortungsvolle Nutzung der Nanotechnologie zu schaffen.

3.1 Bilanzierung der nationalen                             bundesweiter Kompetenzzentren begonnen. Weitere
    Förderung                                               Initiativen und Cluster folgten auf Ebene der Länder
                                                            und Regionen, in deren Folge auch der Länderkreis Na-
                                                            notechnologie eingerichtet wurde, um Aktivitäten der
Der Aufbau einer soliden wissenschaftlichen Basis in        Länder mit denen auf Bundesebene und kommunaler
der Nanotechnologie wurde in Deutschland durch zwei         Ebene besser aufeinander abstimmen zu können.
parallele Entwicklungen begünstigt. Zum einen hat das
BMBF schon Anfang der 1990er Jahre die Forschungs-          Um das Förderportfolio kontinuierlich an die Bedarfe
förderung zur Nanotechnologie aufgenommen und               unterschiedlicher Zielgruppen in der Nanotechno-
seitdem kontinuierlich weiter ausgebaut. Zum anderen        logie anzupassen, wurden potenzielle Lücken in der
nahm auch das Interesse von Seiten der Industrie an         BMBF-Forschungsförderung durch neue Instrumente
neuen technologischen Durchbrüchen stetig zu.               adressiert. Regelmäßig werden thematisch fokussierte
                                                            Bekanntmachungen veröffentlicht und durch Struk-
Die ersten öffentlich geförderten Forschungsprojekte        turfördermaßnahmen und innovationsbegleitende
wiesen noch überwiegend grundlagenorientierten              Förderaktivitäten flankiert. Ergänzend zur klassischen
Charakter auf. Mit der Einbindung von Industriepart-        Verbundprojektförderung wurden beispielsweise
nern im Rahmen der Verbundforschung rückte die              Leitinnovationen als Instrumente zur strategischen
wirtschaftliche Nutzung zunehmend in den Fokus der          Forschungskooperation entwickelt, um bestehende
Vorhaben. Eine zentrale Herausforderung der Nano-           Marktpotenziale zu sichern und neue Wachstumsfelder
technologie stellt die interdisziplinäre Verknüpfung        in starken deutschen Branchen wie der Automobil-
von natur- und ingenieurwissenschaftlichen Fachdis-         industrie, der chemischen oder optischen Industrie
ziplinen dar. Folglich ist für die Umsetzung nanotech-      zu erschließen. Innovationsallianzen bestehend aus
nologischer Innovationen eine effiziente Vernetzung         Vertretern der Wissenschaft, Wirtschaft und Politik
der beteiligten Akteure erforderlich. Das BMBF hat          adressierten Bereiche mit globaler Marktperspektive
daher bereits Ende der 1990er Jahre mit dem Aufbau          und zielten auf eine maßgebliche volkswirtschaftliche
3   Status quo der Nanotechnologie in Deutschland                                                                          13

    Hebelwirkung. Eine Reihe spezifischer BMBF-Förder-                Straßen fahrende nanoTruck kann als erfolgreiches
    maßnahmen wie beispielsweise KMU-innovativ wur-                   Beispiel zur öffentlichen Aufklärung über Nanotech-
    den mit dem Ziel etabliert, KMU mit Spitzenforschung              nologie angeführt werden: Zahlreiche Schülerinnen
    gezielt bei der Durchführung von Forschung- und                   und Schüler sowie interessierte Laien haben in dem
    Entwicklung (FuE) zu fördern. Des Weiteren wurden                 mobilen Mitmach-Labor praktische Anwendungen
    Maßnahmen zur Förderung des wissenschaftlichen                    der Nanotechnologie kennengelernt und sich mit
    Nachwuchses aufgelegt. Exzellente Postdoktoranden                 Hilfe interaktiver Lehrmaterialien über Chancen und
    finden im Rahmen der Nachwuchsförderaktivität                     Potenziale dieser Technologie informiert. Allgemein
    NanoMatFutur Unterstützung beim Aufbau eigener                    verständliche Broschüren des BMBF, internetbasierte
    Forscherteams. Das BMBF-Förderportfolio wurde                     Informationsportale oder auch Expertengespräche
    zudem durch Spitzen- und Exzellenzcluster ergänzt,                mit Bürgerinnen und Bürgern vermitteln regelmäßig
    die teilweise nanotechnologische Fragestellungen                  Wissen über aktuelle Trends und Entwicklungen, aber
    bearbeiten.                                                       auch zu Chancen und Risiken der Nanotechnologie.4

    Beginnend im Jahr 2002 hat das BMBF eine Nationale                Ab dem Jahr 2006 wurde die Nanorisikoforschung
    Kontaktstelle Nanotechnologie (NKS) eingerichtet, die             als eigene Förderpriorität etabliert. Dabei arbeiten
    deutschen Antragstellern aus Forschung und Industrie              interdisziplinäre Teams aus Forschungseinrichtungen,
    den Zugang zur europäischen Forschungsförderung                   Bundesoberbehörden, Hochschulen und Industrie zu-
    erleichtert. Dazu steht allen interessierten Partnern ein         sammen, um die Auswirkungen von Nanomaterialien
    vielfältiges Beratungsangebot in Form von Informati-              auf den Menschen und die Umwelt zu erforschen. Dazu
    onstagen, Kooperationsbörsen, Einzelgesprächen und                wurden im Rahmen der Fördermaßnahmen NanoCare
    webbasierten Seminaren zur Verfügung.                             und NanoNature zahlreiche Projekte zur Untersu-
                                                                      chung des Verhaltens von synthetischen Nanomateria-
                                                                      lien gestartet. Themenschwerpunkte sind zum Beispiel
                                                                      Langzeiteffekte durch Inhalation, Toxizitätsmechanis-
                                                                      men, Materialdesign, mögliche Gruppierungsstrategien
                                                                      und Messmethoden. Auch der Eintrag der Nanomate-
                                                                      rialien in die Umwelt und deren Verbleib sind Gegen-
                                                                      stand der Projekte. Aktuell werden die Themenfelder
                                                                      Anwendungssicherheit und Umweltverträglichkeit im
                                                                      BMBF-Förderprogramm „Vom Material zur Innova-
                                                                      tion“ abgedeckt. Zudem fließen die im Rahmen der
                                                                      nationalen Förderaktivität erarbeiteten Erkenntnisse
                                                                      in Expertisen der OECD Working Party on Manufactu-
                                                                      red Nanomaterials (WPMN) zur Risikoforschung von
                                                                      Nanomaterialien ein. Da Anwendungen der Nanotech-
                                                                      nologie zunehmend in verschiedene Lebensbereiche
                                                                      des Menschen vorrücken, müssen in allen Stufen der
                                                                      Innovationskette – über den gesamten Lebenszyklus
                                                                      von Nanoprodukten – neben gesundheitlichen und
    Der nanoTruck informierte über Anwendungen der Nanotechnologie.   ökologischen auch ethische, rechtliche und sozio-
                                                                      ökonomische Fragestellungen verstärkt berücksichtigt
                                                                      werden. Das Prinzip einer verantwortungsvollen For-
    Die klassische Verbundforschung des BMBF wurde                    schung und Innovation erlangt auch im Kontext der
    stets durch eine Reihe spezifischer Begleitmaßnahmen              Nanotechnologie immer größere Bedeutung und prägt
    unterstützt. Bereits in den 90er Jahren wurden Akti-              aktuelle wissenschaftspolitische Debatten. Verlässliche
    vitäten zur Technologiefrüherkennung, Innovations-                nationale und internationale Daten und Forschungs-
    und Technikanalysen sowie innovationsbegleitende                  ergebnisse zur Sicherheit von Nanomaterialien werden
    Maßnahmen durchgeführt. Der bis 2015 auf deutschen                über das BMBF-Projekt „DaNa - Daten und Wissen zu
14                                                                                       Aktionsplan ­Nanotechnologie 2020

Nanomaterialien“5 zur Verfügung gestellt. Neben allge-                  re entwickelt sich weiter. Dazu zählen Forschungsnetz-
meinverständlichen Informationen zu Materialien und                     werke der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
Produkten ermöglicht DaNa auch den Austausch mit                        sowie der institutionellen Forschungseinrichtungen,
hochqualifizierten Wissenschaftlerinnen und Wissen-                     Aktivitäten zum Technologietransfer auf regionaler
schaftlern.                                                             Ebene und Landesebene sowie übergreifende Initiati-
                                                                        ven zur Bündelung der Nanotechnologie-Kompeten-
Die Gesamtsumme der Nanotechnologieförderung                            zen auf Bundesebene.
der öffentlichen Hand beträgt aktuell mehr als 600
Millionen Euro pro Jahr6. Darin enthalten sind die För-                 In der nationalen Forschungslandschaft gewinnt die
deraktivitäten der Bundesressorts, der institutionellen                 Nanotechnologie stetig an Bedeutung. Nahezu alle
Förderung und der Länder. Etwa 10 % der Finanzmittel                    institutionellen und universitären Forschungsein-
der Bundesressorts werden in Vorsorge- und Risiko-                      richtungen mit technisch-naturwissenschaftlicher
forschung sowie Begleitmaßnahmen investiert. Neben                      Ausrichtung weisen Forschungsaktivitäten mit
den deutschen Fördermaßnahmen sind die auslaufen-                       Nanotechnologiebezug auf. Zahlreiche Studiengän-
den Aktivitäten des 7. Forschungsrahmenprogramms                        ge und Weiterbildungsangebote wurden entwickelt,
(7. FRP) der EU und aktuelle Fördermaßnahmen im                         um geeignetes Personal für Forschung, Entwicklung
Rahmen von Horizont 2020 eine weitere wichtige För-                     und Produktherstellung bereitzustellen. Wesentliche
derquelle für deutsche Antragstellende.                                 grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse werden
                                                                        insbesondere im Rahmen von Fördermaßnahmen
                                                                        der DFG und Forschungsaktivitäten der Max-Planck-
3.2 Akteure der Nanotechnologie in                                      Gesellschaft (MPG), der Helmholtz-Gemeinschaft
    Deutschland                                                         Deutscher Forschungszentren (HGF), der Fraunhofer
                                                                        Gesellschaft (FhG), der Leibniz Gemeinschaft (WGL)
                                                                        sowie von Ressortforschungseinrichtungen, Universi-
Eine Analyse der nationalen Forschungs- und Indus-                      täten und Fachhochschulen erarbeitet.
trielandschaft zeigt, dass die Anzahl der mit Nano-
technologie befassten Unternehmen und Forschungs-                       Derzeit sind auch rund 1100 Unternehmen in Deutsch-
einrichtungen in Deutschland weiter zunimmt.                            land mit dem Einsatz der Nanotechnologie in Be-
Mittlerweile sind rund 2200 Akteure aus den Bereichen                   reichen der Forschung und Entwicklung sowie der
Industrie, Dienstleistung, Forschung und Verbände im                    Vermarktung kommerzieller Produkte und Dienstleis-
Nanotechnologie-Kompetenzatlas des BMBF7 regist-                        tungen befasst. Der KMU-Anteil liegt bei etwa 75 %.
riert. Auch die Vernetzung der Nanotechnologieakteu-                    Die Bundesregierung unterstützt FuE-Maßnahmen
                                                                        und Aktivitäten zur Normung, Standardisierung und
                                                                        Gesetzgebung. In Zusammenarbeit mit den mit diesen
     Vernetzte Akteure aus Industrie und Forschung sind die Grundlage   Aufgaben betrauten EU-weiten und internationa-
                                     für nanotechnische Innovationen.
                                                                        len Organisationen EU-Kommission, Europäische
                                                                        Chemikalien Agentur (ECHA), OECD, CEN, ISO, und
                                                                        Weltgesundheitsorganisation (WHO) werden interna-
                                                                        tional anerkannte Produkt- und Sicherheitsstandards
                                                                        erarbeitet, um eine umwelt- und gesundheitsverträg-
                                                                        liche Nutzung nanotechnologischer Erkenntnisse zu
                                                                        gewährleisten. Auch die Deutsche Gesetzliche Unfall-
                                                                        versicherung (DGUV) erweitert durch die Entwicklung
                                                                        von Verfahren zur Expositionsermittlung, strenge
                                                                        Arbeitsschutzmaßnahmen und eine unabhängige
                                                                        Risikoforschung den Kenntnisstand der Betriebe
                                                                        bezüglich Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit für die
                                                                        Themenfelder Nanotechnologie und Nanomaterialien
                                                                        am Arbeitsplatz.8
15

4 Zu den Zukunftsaufgaben der neuen
  Hightech-Strategie beitragen

Für die in der neuen Hightech-Strategie der Bundesregierung beschriebenen Zukunftsaufgaben liefern Schlüsseltech-
nologien wie die Nanotechnologie die Grundlagen für neue Produkte, Verfahren und Dienstleistungen. Forschung
leistet damit einen Beitrag zur Lösung drängender gesellschaftlicher Probleme und zentraler Herausforderungen und
fördert den Wohlstand und die Lebensqualität der Bürgerinnen und Bürger. Dabei gilt es, die Chancen und Auswir-
kungen nanotechnologischer Innovationen sorgfältig abzuwägen. Beim Transfer der wissenschaftlichen Erkenntnisse
in wirtschaftliche Anwendungen kommt es darauf an, Aspekte der wirtschaftlichen Nutzung mit Ansätzen für eine
verantwortungsvolle Gestaltung zu kombinieren und notwendige Regulierungsmaßnahmen abzuleiten.

4.1 Digitale Wirtschaft und                                verteilt und es zeichnet sich ab, dass vollautomatisierte
    Gesellschaft                                           Fahrzeuge zukünftig Güter und Personen transpor-
                                                           tieren. Grundlegende Änderungen in der Industrie
                                                           werden durch die digitale Vernetzung von Maschinen
Die moderne Industriegesellschaft wird von digitalen       erwartet, die zur intelligenten Produktion im Rahmen
Techniken durchdrungen. Viele Lebensbereiche und           von Industrie 4.0 führen sollen.
Arbeitsprozesse sind heutzutage ohne digitale Unter-
stützung kaum mehr denkbar. Intelligente Netze und         Informations- und Kommunikationstechnologien sind
komplexe Softwaresteuerung ermöglichen zahlreiche          die Basis der Digitalisierung unseres Alltags- und Ar-
Anwendungen in den Bereichen Mobilität, Gesund-            beitslebens. Eine Voraussetzung für die dafür zugrunde
heit, Energie, aber auch in Forschung, Bildung oder        liegenden technischen Entwicklungen sind Innovati-
öffentlicher Verwaltung. Gleichzeitig werden im Zuge       onen in der Mikro- und Nanoelektronik. Prozessoren
dieser Entwicklungen immer neue Fragen hinsichtlich        und Speicher sind die Kernelemente elektronischer
der Datensicherheit oder möglicher gesellschaftlicher      Bauteile. Nur durch Einsatz nanotechnologischer
Auswirkungen aufgeworfen. Traditionelle Arbeitsplätze      Verfahren und neuer Materialentwicklungen hat sich
werden beispielsweise durch Einsatz von Robotern           die Transistordichte und die Speicherkapazität auf
verändert oder ersetzt, andererseits können aber auch      Computerchips innerhalb weniger Jahre derart erhöht,
neue Berufsbilder entstehen. Dank elektronischer           dass heutige Systeme höchste Rechenleistung bei
Dienste verbessert sich die medizinische Versorgung        beherrschbarem Energieverbrauch erreichen, Daten-
für Patientinnen und Patienten und das medizinische        speicher immense Datenmengen verwalten und für
Pflegepersonal wird entlastet, Energie wird intelligent    den Datentransfer schnellste Übertragungsraten zur
16                                                                              Aktionsplan ­Nanotechnologie 2020

Verfügung stehen. Um die Herausforderungen der             Brennstoffzellen, Photovoltaikelementen oder bei der
digitalen Transformation in Industrie und Gesellschaft     Energieeinsparung durch Leichtbaumaterialien, Wär-
auch zukünftig meistern zu können, bedarf es weiterer      medämmung oder verbesserte Gleiteigenschaften. Bat-
FuE-Anstrengungen bei der Verbesserung mikro- und          terien mit hoher Energiedichte, preiswerte Solarzellen
nanoelektronischer Bauelemente und der Entwicklung         mit hohem Wirkungsgrad oder effiziente Brennstoff-
von Materialien für die Halbleiter- und Chiptech-          zellen sind nur durch den Einsatz von Nanomaterialien
nologie. Besondere Anforderungen bestehen zudem            wirtschaftlich herzustellen.
hinsichtlich der IT-Sicherheit. Hier gibt es Forschungs-
ansätze, die sich mit der Entwicklung sicherer Ver-
schlüsselungs- und Signaturverfahren durch Quanten-
informationstechnologien befassen.

Beim Einsatz neuer Materialien spielt neben der ausrei-
chenden Verfügbarkeit der Rohstoffe auch deren Sicher-
heit für Mensch und Umwelt eine entscheidende Rolle.

4.2 Nachhaltiges Wirtschaften und
    Energie

Nanotechnologie kann als Schlüssel- und Quer-
schnittstechnologie wichtige Beiträge zum Umwelt-
und Klimaschutz leisten. Sie ermöglicht Innovationen
bei der Aufbereitung und Sanierung, in der Sensorik
und beim effizienten Einsatz von Ressourcen. Zur
Anwendung kommen beispielsweise nanofunktiona-             Nanoschichten optimieren die Effizienz von Photovoltaikmodulen.
lisierte keramische und polymere Membranen für die
Trink- und Prozesswasseraufbereitung, hochselektive
Sensorschichten für den Nachweis von Schadstoffen,         Auch im Baubereich finden sich zahlreiche ener-
oder nanoskalige Werkstoffe zur Reduktion des Bedarfs      gie- und ressourcenschonende Anwendungen mit
an seltenen Rohstoffen. Nanostrukturierte Katalysa-        Zukunftspotential. Beispielsweise werden multifunkti-
toren wandeln das klimaschädliche Kohlenstoffdioxid        onelle Glasfassaden diskutiert, die sich aufgrund ihrer
CO2 in Kraft- oder Kunststoffe um und helfen so Erdöl      nanostrukturierten Oberfläche durch schmutzabwei-
einzusparen. Beschichtungen mit Nanomaterialien            sende Eigenschaften und optimale Licht- und Wärme-
können zu schmutzabweisenden und antimikrobiel-            durchlässigkeit auszeichnen oder durch Belegung mit
len Oberflächeneigenschaften beitragen und dadurch         transparenten photovoltaischen Schichten direkt zur
Reinigungs- und Desinfektionsverfahren ergänzen.           Energieerzeugung nutzen lassen. Baustoffe wie Betone
Allerdings können diese Oberflächen innerhalb ihres        können durch Nanofasern besondere statische und
Lebenszyklus auch Nanomaterialien freisetzen und           konstruktive Qualitäten erhalten. Zudem lassen sich
somit zu einem Vorkommen von Nanomaterialien in            die Eigenschaften von Farben, Lacken oder Lasuren
der Umwelt beitragen.                                      durch Nanomaterialien vielfältig modifizieren.

Im Energiebereich eröffnet die Nanotechnologie             In der Agrar- und Ernährungsbranche finden sich
Verbesserungsmöglichkeiten bei der Erzeugung,              ebenfalls nanotechnologische Ansätze für nachhal-
Speicherung und dem effizienten Einsatz von Energie.       tiges Wirtschaften. So sollen sich durch Einsatz von
Nanoskalige Materialien, dünne Schichten, Prozes-          nanotechnologischen Verfahren Wirkstoffmengen in
se und geeignete Fertigungsverfahren sind wichtige         Düngemitteln reduzieren oder Pflanzenkrankheiten
Komponenten bei der Optimierung von Batterien,             präziser diagnostizieren lassen. Hygienische Oberflä-
4   Zu den Zukunftsaufgaben der neuen Hightech-Strategie beitragen                                                            17

    chen können Reinigungs- und Desinfektionsmaßnah-                    zu fördern und nanospezifische Bildungsangebote ein-
    men bei der Lebensmittelverarbeitung unterstützen. In               zurichten. Über die Internetplattform Werkstofftech-
    Lebensmittelverpackungen können Nanomaterialien                     nologien.de werden sowohl für die Nanotechnologie
    die mechanischen und thermischen Eigenschaften ver-                 als auch für die Werkstoffforschung die in Deutschland
    bessern, Lebensmittel gegen UV-Licht schützen oder                  bestehenden Bildungs- und Qualifizierungsangebote
    signalisieren, ob die Kühlkette unterbrochen oder das               übersichtlich dargestellt. Portraits einzelner Studien-
    Haltbarkeitsdatum überschritten wurde.                              gänge erleichtern dem interessierten Nachwuchs die
                                                                        Studienwahl. Speziell KMU ohne größere Forschungs-
    Bei vielen der oben genannten Anwendungen ist auch                  abteilungen sind auf die Absolventinnen und Absol-
    mit der Freisetzung von Nanomaterialien zu rechnen,                 venten solcher, auf künftige Qualifikationsbedarfe aus-
    so dass eine sorgfältige Nutzen-Risiko-Abwägung                     gelegte Bildungsangebote angewiesen. Darüber hinaus
    erfolgen sollte. Begleitend untersucht die Risikofor-               kommt der Hochschulausbildung eine Schlüsselrolle
    schung mögliche Auswirkungen des Einsatzes von                      zu, angehende Naturwissenschaftler und Ingenieure
    Nanomaterialien auf Mensch und Umwelt, um eine                      mit Methoden der Risikobewertung, den einschlägigen
    sichere Gestaltung der Verfahren zu gewährleisten.                  Regulationen und den Möglichkeiten für eine anwen-
                                                                        dungssichere und umweltverträgliche Gestaltung von
                                                                        Materialinnovationen vertraut zu machen.
    4.3 Innovative Arbeitswelt
                                                                        Für den Nanotechnologie-Standort Deutschland ist die
                                                                        Förderung exzellenter Nachwuchskräfte von zentraler
    Nanotechnologie weist einen hohen Grad an Interdis-                 Bedeutung, denn kreative Ideen tragen mit zu Unter-
    ziplinarität auf. In Forschung und Entwicklung setzen               nehmenserfolgen bei. Jedoch erschweren Faktoren wie
    Forschende aus Biologie, Chemie, Physik, Medizin                    der demografische Wandel und der zunehmende glo-
    und Ingenieurwissenschaften ihre Erfahrungen und                    bale Wettbewerb um die besten Köpfe die Gewinnung
    Ideen ein, um innovative Anwendungen und Produkte                   hochqualifizierter wissenschaftlicher Nachwuchskräf-
    für die Gesellschaft zu generieren. Dies erfordert eine             te. Aus diesem Grund unterstützt das BMBF besonders
    intensive arbeitsteilige Zusammenarbeit und ein hohes               qualifizierte Nachwuchstalente. Die Bundesregierung
    Maß des Verständnisses anderer Fachdisziplinen. Die                 fördert zudem im Rahmen der Ressortforschung die
    Bundesregierung unterstützt daher die Anstrengungen                 Qualifizierung von Nachwuchswissenschaftlerinnen
    der Universitäten, interdisziplinär interessierte Talente           und Nachwuchswissenschaftlern im Bereich der Risi-
                                                                        koforschung.

           Exzellenter Nachwuchs ist für den Nanotechnologie-Standort   Durch nanotechnologische Produkte und Prozesse
                                    Deutschland von hoher Bedeutung.
                                                                        verändern sich auch Arbeitsbedingungen in vielen
                                                                        Betrieben. Hier gilt es nicht nur negative Effekte, bei-
                                                                        spielsweise durch Partikelbelastungen am Arbeitsplatz,
                                                                        zu vermeiden, sondern auch die vielfältigen Chancen
                                                                        innovativer Technologien für menschengerechte Ar-
                                                                        beit zu nutzen. Es ist zunächst eine wichtige Herausfor-
                                                                        derung, die Beschäftigten in die Lage zu versetzen, mit
                                                                        den Innovationen Schritt zu halten. Einen interessan-
                                                                        ten Ansatz bieten die Nanoramen der DGUV.9 „Nano-
                                                                        rama“ – eine Wortkreation aus „Nano“ und „Pa­norama“
                                                                        – ist eine neuartige E-Learning Anwendung. Im
                                                                        360°-Panorama sind Nanomaterialien und -technolo-
                                                                        gien zu sehen, die für eine Branche inzwischen typisch
                                                                        sind. Ziel ist es, Kenntnisse über die Anwendungen und
                                                                        gegebenenfalls erforderliche Arbeitsschutzmaßnah-
                                                                        men zu vermitteln.
18                                                                                             Aktionsplan ­Nanotechnologie 2020

4.4 Gesundes Leben                                                       gischer Verfahren und von Nanomaterialien einen
                                                                         wichtigen Motor für die Erforschung und Entwicklung
                                                                         neuer Arzneimittel, Diagnostika und Medizinprodukte
Wer gesund ist, möchte dies bleiben, und wer erkrankt                    wie auch bildgebender Verfahren dar. Um bedarfsge-
ist, möchte schnell gesund werden oder wenigstens                        rechte und sichere nanotechnologische Innovationen
eine Linderung seiner Beschwerden erfahren. Vor die-                     für Patientinnen und Patienten auf den Markt bringen
sem Hintergrund und der Zunahme von Volkskrank-                          zu können, arbeiten Materialentwickler, Chemiker,
heiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Diabetes                     Physiker und Biologen mit Pharmazeuten, klini-
und einer immer älter werdenden Gesellschaft spielen                     schen Forschern, Ärzten sowie Medizinprodukte- und
innovative Präventions- und Therapieansätze in der                       Arzneimittelherstellern eng zusammen. Sie können
Medizin eine wachsende Rolle. Nanotechnologische                         dabei frühzeitig von den zuständigen Arzneimittelzu-
Anwendungen können zu solchen Innovationen einen                         lassungsbehörden beraten werden. Dementsprechend
Beitrag liefern: So wurden im Bereich der Werkstoff-                     erfolgreiche Kooperationen sind unter anderem im
wissenschaften in den letzten beiden Jahrzehnten                         Rahmen der Deutschen Zentren der Gesundheitsfor-
erhebliche Fortschritte bei der Herstellung nanoska-                     schung verwirklicht.
liger Materialien erzielt. Gleichzeitig stellte sich ein
enormer Zuwachs an medizinischen Erkenntnissen                           Zur Entwicklung neuer Arzneimittel werden Nanoma-
ein. Beide Trends haben die Einführung von nanotech-                     terialien auch für die Verkapselung von Wirkstoffen
nologischen Innovationen in der Medizin begünstigt.                      eingesetzt, um diese vor vorzeitigem Abbau zu schüt-
Inzwischen stellt die Einbeziehung nanotechnolo-                         zen und eine gezielte Freisetzung nur im erwünschten

Anlässlich des BMBF-Symposiums „ProMatLeben“ informiert sich Stefan Müller, Parlamentarischer Staatssekretär bei der Bundesministerin für
Bildung und Forschung, über die Möglichkeiten, in Bioreaktoren Gewebe für die regenerative Medizin herzustellen.
4   Zu den Zukunftsaufgaben der neuen Hightech-Strategie beitragen                                                            19

    Gewebe zu erreichen (sogenanntes Drug Delivery).
    Nanoskalige Polymere können so modifiziert und
    funktionalisiert werden, dass sie zu einer Verbesserung
    bzw. Erweiterung des Anwendungs- und Leistungspro-
    fils von Arzneimitteln und Medizinprodukten beitra-
    gen. Ein Zukunftsfeld stellt die regenerative Medizin
    dar: Hier wird beispielsweise an der Optimierung von
    Implantatbeschichtungen und innovativen Verfahren
    geforscht, die regenerativ Gewebe und Organe heilen
    oder mittels derer diese ersetzt werden können. Eines
    Tages könnten beispielsweise personenspezifische
    Implantate mit funktionalisierten Oberflächen zur Re-
    generation von Körpergewebe durch dreidimensiona-
    les Drucken (3D-Printing) geeigneter Nanomaterialen
    hergestellt werden.

    Auch in der Diagnostik kommen nanotechnologische
    Ansätze zunehmend zum Einsatz. So werden zum
    Beispiel mit modernen bildgebenden Verfahren neue
    Ansätze zur frühzeitigen Detektion und Lokalisierung
    von Tumoren erforscht. Dazu werden in den Körper
    eingeführte Nanomaterialien zur Steigerung der Nach-      In der Medizin besitzen nanotechnologiebasierte Innovationen großes
                                                              Potential.
    weisgrenze für die beginnende Tumorentwicklung und
    verbesserte Ortsauflösung bei der Tumorlokalisation
    genutzt. Auch bei der Analyse von Körperflüssigkeiten     Aromen, zum Beispiel bei Omega-3-Fettsäuren, deren
    wie Blut oder Speichel kommen nanotechnologie-            verzögerte oder kontrollierte Freisetzung und einen
    basierte Anwendungen vermehrt zum Einsatz. Dabei          verbesserten Transport durch die Darmwand an. Durch
    werden messbare Größen wie Gen- oder Stoffwechsel-        Verkapselung oder Größenreduktion in den Nanobe-
    produkte oder das Vorhandensein von Krankheitser-         reich lassen sich Lebensmittel mit einem geringeren
    regern untersucht. Die Analyse dieser auch Biomarker      Salz-, Zucker- oder Fettgehalt herstellen, ohne dass das
    genannten Größen dient der frühzeitigen und präzisen      Geschmacksempfinden beeinträchtigt wird.
    Diagnose von Krankheiten, der Entwicklung opti-
    mierter Therapien unter Vermeidung unerwünschter
    Nebenwirkungen, der laufenden Kontrolle des The-          4.5 Intelligente Mobilität
    rapieerfolgs und kann darüber hinaus prognostische
    Aussagen zum Krankheitsverlauf geben. Die Ergebnisse
    dieser Analysen könnten zukünftig auch verstärkt in       Innovative Mobilitätskonzepte sind die Basis für
    die sogenannte individualisierte Medizin einfließen,      Wirtschaft und Produktion, aber auch für Wohlstand
    bei der versucht wird, auf Basis der individuellen        und Lebensqualität. Nachhaltige Mobilität erfordert
    Voraussetzungen und Bedürfnisse einer Patientin oder      Verkehrs- und Transportkonzepte, die effizient, res-
    eines Patienten eine maßgeschneiderte Präventions-        sourcenschonend und emissionsarm sind. Gleichzeitig
    oder Therapieentscheidung zu treffen.                     sollen die Beförderungssysteme sicher, schnell und
                                                              komfortabel sein.
    Im Bereich Ernährung könnten Nanomaterialien
    zudem zu einer optimierten Ernährung und besseren         Das wachsende Interesse in Politik und Öffentlichkeit
    Qualität von Lebensmitteln beitragen. Durch Nano-         an alternativen Fahrzeugantrieben ist im Wesentlichen
    verkapselung von Biowirkstoffen strebt man unter an-      durch steigende CO2-Emissionen, die Erdölabhängig-
    derem eine erhöhte Stabilität der Biowirkstoffe in der    keit und die Luftverschmutzung bedingt. Zu dieser
    Lebensmittelmatrix, die Maskierung unerwünschter          Sensibilisierung tragen auch technische Erfolge in
20                                                                              Aktionsplan ­Nanotechnologie 2020

Batterietechnologien, in der Leistungselektronik, im
Leichtbau, in der Brennstoffzellenentwicklung oder in
der Wasserstoffspeicherung bei. Fortschritte in diesen
Bereichen sind durch nanotechnologische Verfah-
ren und den Einsatz von Nanomaterialien befördert
worden.

Eine Kernaufgabe bei der Elektromobilität ist die Be-
reitstellung von sicheren Batterien mit hoher Energie-
dichte und möglichst geringem Gewicht für eine große
Reichweite und ein dynamisches Fahrverhalten. Daher
werden als Antriebsbatterien für Elektrofahrzeuge
aktuell vor allem lithiumbasierte Hochleistungszellen
favorisiert. Bei der Optimierung von Elektroden und
Batteriezellkomponenten spielen nanoskalige Materi-
alien und neue Nanokomposite eine wesentliche Rolle.     Nanostrukturierte Materialien verbessern die Sicherheit und Ener-
                                                         giedichte von Batterien, die beispielsweise in Elektrofahrzeugen zum
Für die Betriebssicherheit der Batterien sind nanoska-
                                                         Einsatz kommen.
lige Molekülstrukturen entscheidend. Um in Beschleu-
nigungsphasen ausreichend und schnell Energie zur
Verfügung zu haben, können beispielsweise zusätzlich     rung und tragen damit zur Senkung des Energie- oder
zu den Batteriespeichern sogenannte Superkondensa-       Kraftstoffverbrauchs bei. Durch neue Korrosions-
toren eingesetzt werden. Deren hohe Leistungsdichten     schutzschichten werden Ressourceneinsparungen
sind nur durch den Einbau von Nanomaterialien und        aufgrund längerer Lebensdauer von Bauteilen möglich.
nanostrukturierten Systembauteilen zu erreichen.         Ferner werden zur Emissionsminderung katalytisch
Derzeitige Nachteile der modernen Batterietechnolo-      wirkende Nanomaterialien im Abgasstrang erforscht.
gien sind die im Vergleich zu konventionellen Energie-
trägern wie Benzin geringere Energiedichte und eine      Da Mobilitätstechnologien mit einem hohen Materi-
daraus resultierende kurze Reichweite sowie die lange    aleinsatz und einer breit gestreuten Verbreitung ver-
Wiederaufladungszeit.                                    bunden sind, sind die begleitende Risikoforschung und
                                                         die Entwicklung anwendungssicherer und umweltver-
Im Hinblick auf alternative Antriebe arbeitet die        träglicher Produkte hier von besonderer Bedeutung.
Automobilindustrie auch an Brennstoffzellenkonzep-       Die Bundesregierung unterstützt die intensive Erfor-
ten. Brennstoffzellen erzeugen Elektrizität direkt aus   schung der wissenschaftlichen Grundlagen für eine
energiehaltigen Gasen wie Wasserstoff oder Methan.       differenzierte Risikobewertung und Regulierung.
Diese Umwandlung erfolgt mit hohem Wirkungsgrad.
Zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Mem­
branschichten, Elektroden und Katalysatoren werden       4.6 Zivile Sicherheit
unter anderem nanostrukturierte Oberflächen auf
Kohlenstoffbasis sowie der Einbau von Nanomateriali-
en untersucht. Für die Wasserstoffspeicherung werden     Zum Bereich Zivile Sicherheit zählen Maßnahmen,
unter anderem nanoporöse Kohlenstoffsysteme und          die zum Schutz von Menschen, Infrastrukturen oder
metallische Gerüststrukturen erforscht.                  Organisationen gegen kriminelle oder terroristische
                                                         Aktivitäten, in Katastrophenfällen, aber auch bei Unfäl-
Energieeinsparoptionen ergeben sich durch den            len im privaten oder öffentlichen Umfeld ergriffen
Einsatz von Nanomaterialien in Leichtbauwerkstoffen.     werden. Dazu gehören digitale Kommunikations- und
Energieeffizienz lässt sich durch innovative nanoelek-   intelligente Informationsmanagementsysteme, Na-
tronische Systemkomponenten für den Elektromotor         vigations-, Beobachtungs- und Ortungstechnologien,
und Antriebsstrang optimieren. Neuartige verschleiß-     Sensoren für die Detektion gefährlicher Substanzen
feste Nanobeschichtungen führen zur Reibungsminde-       sowie Schutztechnik und -ausrüstung.
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