Fortgeschrittene nachhaltige mehrteilige Nanomaterialien herstellen
Bei mehrteiligen Nanomaterialien handelt es sich um fortgeschrittene Hybridwerkstoffe, die aus zwei oder mehr funktionellen Komponenten bestehen, wie z. B. Nanokristallen und Nanopartikeln, oder aus einem Nanomaterial mit einer einzigartigen chemischen Zusammensetzung, das durch harte oder weiche Beschichtungen verändert wurde. Wichtige Industriesektoren wie Bau, Lebensmittel, Gesundheitswesen, Energie, Kosmetik und Elektronik investieren in die Erforschung, das Design und die technologische Entwicklung dieser vielversprechenden neuen Werkstoffe, die beispiellose technologische Vorteile bieten. Mehrteilige Nanomaterialien sorgen allerdings für erhebliche Herausforderungen an die Gestaltung. Aufgrund der unterschiedlichen Toxizität der einzelnen Komponenten und der komplexen Wechselwirkungen mit biologischen und ökologischen Systemen werfen diese Hybridprodukte zudem eine Reihe von Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsfragen auf. „Diese Bedenken werden noch dadurch verstärkt, dass es an Grundlagenforschung und regulatorischen Leitlinien für die einzigartigen Eigenschaften dieser fortgeschrittenen Werkstoffe mangelt“, kommentiert Danail Hristozov, Koordinator des Projekts SUNSHINE. Sein Team arbeitete an der Erarbeitung von Strategien zur inhärenten Sicherheit und Nachhaltigkeit für die Herstellung von Produkten, die mehrteilige Nanomaterialien enthalten.
Mehrteilige Nanomaterialien kennenlernen
Im Rahmen des Projekts wurden mehrere spezifische Fallstudien zu Produkten aus mehrteiligen Nanomaterialien durchgeführt, darunter Werkstoffe, die halogenierte Flammschutzmittel ersetzen, Nanohybrid-Materialien, die die mechanische Widerstandsfähigkeit von Baustoffen verbessern, Anwendungen zur Entfernung giftiger Gase aus Gebäudefassaden, Nanotonerden für die Verpackung von Getreide gegen Schädlinge und Antihaftbeschichtungen als Ersatz für Polytetrafluorethylen beim Backen. „Über das Projekt wurde zu einem soliden Verständnis der Gefahren- und Expositionsmerkmale dieser fortgeschrittenen Werkstoffe und der Auswirkungen ihrer komplexen Wechselwirkungen auf die Herstellungsprozesse und die Produktleistung beigetragen“, sagt Hristozov. Ein Teil des Projekts SUNSHINE umfasste die Entwicklung und Erprobung einer digitalen e-Infrastruktur zur Förderung der Zusammenarbeit und des Informationsaustauschs zwischen verschiedenen Beteiligten der Lieferkette. Dies bietet eine Plattform für die Zusammenstellung aller wesentlichen Kenntnisse, Instrumente und Daten, die für die Entwicklung und Validierung von Strategien zur Sicherheit und Nachhaltigkeit durch Design für Werkstoffe und Produkte auf Basis von mehrteiligen Nanomaterialien erforderlich sind. Mithilfe von SUNSHINE wurde die e-Infrastruktur in den verschiedenen Projektfallstudien in unterschiedlichen Phasen in einem iterativen Prozess angewandt, was eine kontinuierliche Verfeinerung entsprechend den Bedürfnissen der Beteiligten erlaubte.
Mehr Nachhaltigkeit für Europa
SUNSHINE wird wesentlich dazu beitragen, die Kapazität des Nanotechnologiesektors zu verbessern, innovative Produkte auf den Markt zu bringen. „Die Strategien zur Sicherheit und Nachhaltigkeit durch Design werden Sicherheit gewährleisten, ohne die erfolgreiche Skalierung von Nanotechnologien zu gefährden, was Innovationen beschleunigen wird“, so Hristozov. Einige mehrteilige Nanomaterialien können erst mehrere Jahre nach ihrer Markteinführung unerwartete Sicherheitsrisiken aufzeigen, was zu künftigen drastischen Vorschriften führen könnte, die das Verbrauchervertrauen beeinträchtigen könnten. Da der SUNSHINE-Ansatz bereits in den frühen Phasen der Innovation auf regulatorische Belange eingeht, werden sicherere auf mehrteiligen Nanomaterialien basierte Technologien auf den Markt gebracht und gleichzeitig die Kosten für Forschung und Entwicklung sowie für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften während des gesamten Lebenszyklus verringert. „So werden die industrielle Wettbewerbsfähigkeit und das Wirtschaftswachstum unmittelbar gesteigert“, fügt Hristozov hinzu. „Das Projekt wird einen bedeutenden Einfluss auf die Gesellschaft haben, indem es sicherere Produkte mit Mehrwert bereitstellt, die direkt zum Wohlbefinden der Bevölkerung beitragen.“
Von SUNSHINE zu SUNRISE
Die vielversprechende Arbeit von SUNSHINE wird in einem neuen Projekt namens SUNRISE fortgesetzt, das bis Ende 2027 laufen wird. „SUNRISE wird auf unseren Ergebnissen aufbauen, um einen Ansatz für die integrierte Bewertung der gesundheitlichen, ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Auswirkungen vorzustellen, und wir werden ihn anhand von Fallstudien testen, die industriell relevante fortgeschrittene Werkstoffe von großer gesellschaftlicher Bedeutung darstellen“, sagt Hristozov.
Schlüsselbegriffe
SUNSHINE, mehrteilige Nanomaterialien, Hybrid, Gefahr, funktionell, e-Infrastruktur
