Nanotechnologie befasst sich mit Strukturen zwischen etwa einem und hundert Nanometern. Ein Nanometer entspricht einem milliardstel Meter. In diesem Größenbereich verhalten sich Materialien oft anders als im Alltag gewohnt: Ein Stoff kann dort leitfähiger, reaktionsfreudiger oder fester werden, ohne dass sich seine chemische Zusammensetzung ändert. Diese Effekte werden längst nicht mehr nur erforscht, sondern in Produkten eingesetzt, die viele Menschen bereits genutzt haben, ohne es zu merken.
Lipid-Nanopartikel als Grundlage der mRNA-Impfstoffe
Die Covid-19-Impfstoffe von BioNTech/Pfizer und Moderna verpacken ihre mRNA-Wirkstoffe in Lipid-Nanopartikel, winzige Fettkügelchen, die die empfindliche Erbinformation vor dem Abbau im Körper schützen und sie gezielt in Zellen einschleusen. Diese Technik wird inzwischen auch für andere Anwendungsfelder angepasst, etwa für Krebstherapien und die Behandlung seltener genetischer Erkrankungen. Am King's College London stellte ein Forschungsteam 2025 zudem eine Nanonadel-Technologie vor, die molekulare Biomarker schmerzlos durch die Haut entnehmen kann und in Zukunft klassische Blutabnahmen ersetzen könnte.
Perowskit-Silizium-Zellen steigern den Wirkungsgrad von Solarzellen
In der Energieerzeugung sorgen sogenannte Tandemzellen für Fortschritte: Solarzellen, die eine Schicht aus Silizium mit einer Schicht aus dem Kristallmaterial Perowskit kombinieren. Das britische Unternehmen Oxford PV erreichte mit einer solchen Zelle einen vom US-Forschungsinstitut NREL zertifizierten Wirkungsgrad von 29,52 Prozent, das chinesische Unternehmen LONGi Green Energy hält mit 34,85 Prozent den aktuellen Rekord. Zum Vergleich: Reine Siliziumzellen, wie sie heute die meisten Solaranlagen bestücken, erreichen meist 22 bis 24 Prozent. Oxford PV betreibt inzwischen in Brandenburg an der Havel eine Fabrik im industriellen Maßstab und erzielte dort für ein komplettes Solarmodul, nach Prüfung durch das Fraunhofer-Institut ISE, einen Wirkungsgrad von 26,9 Prozent.
Höhere Energiedichte bei Batterien durch Silizium-Nanodrähte
Auch bei Batterien setzt die Industrie auf Nanostrukturen. Silizium-Nanodrähte in der Anode von Lithium-Ionen-Akkus können nach Angaben mehrerer Forschungsgruppen die Energiedichte gegenüber klassischen Graphit-Anoden nahezu verdoppeln, wodurch Akkus bei gleichem Gewicht mehr Energie speichern.
EU und Bund finanzieren einen Großteil der Forschung
Ein wesentlicher Teil der Grundlagenforschung läuft über staatliche Programme. Die EU fördert Nanotechnologie unter anderem über ihr Forschungsrahmenprogramm Horizon Europe, das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt den wissenschaftlichen Nachwuchs zusätzlich über das Programm NanoMatFutur. Unternehmen wie BioNTech, Oxford PV oder Batteriehersteller investieren parallel eigenes Kapital, weil sie sich daraus marktfähige Produkte erhoffen, von zugelassenen Medikamenten bis zu patentierten Solarzellen. Diese doppelte Finanzierung aus öffentlichen und privaten Mitteln prägt das Tempo, in dem Laborergebnisse den Weg in reale Produkte finden.
Registrierungspflicht für Nanomaterialien seit 2020
Mit gesundheitlichen und ökologischen Chancen gehen bei Nanomaterialien auch offene Fragen einher, etwa dazu, wie sich winzige Partikel im Körper oder in der Umwelt über Jahre hinweg verhalten. Die EU hat deshalb ihre Chemikalienverordnung REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) zum 1. Januar 2020 um spezifische Pflichten für sogenannte Nanoformen von Stoffen ergänzt. Seitdem müssen Hersteller und Importeure zusätzliche Informationen zur sicheren Verwendung der jeweiligen Nanoform vorlegen, bevor sie Produkte in dieser Form in Verkehr bringen dürfen.
Nanotechnologie ist damit vor allem eines nicht mehr: reine Zukunftsmusik in Forschungslaboren. Von der Impfstoffproduktion bis zur Solarzellenfertigung in Brandenburg an der Havel steckt sie bereits in Produkten, die im Alltag ankommen, während die Regulierung noch dabei ist, mit dem Tempo der Forschung mitzuhalten.
Häufig gestellte Fragen
Wie groß ist der Wirkungsgradunterschied zwischen Perowskit-Silizium-Tandemzellen und klassischen Solarzellen?
Reine Siliziumzellen, wie sie die meisten heutigen Solaranlagen bestücken, erreichen einen Wirkungsgrad von 22 bis 24 Prozent. Tandemzellen aus Silizium und dem Kristallmaterial Perowskit liegen deutlich darüber: Oxford PV erreichte einen vom US-Institut NREL zertifizierten Wert von 29,52 Prozent, das chinesische Unternehmen LONGi Green Energy hält mit 34,85 Prozent den aktuellen Rekord.
Was bewirken Lipid-Nanopartikel in mRNA-Impfstoffen?
Die Covid-19-Impfstoffe von BioNTech/Pfizer und Moderna verpacken ihre mRNA-Wirkstoffe in Lipid-Nanopartikel, winzige Fettkügelchen, die die empfindliche Erbinformation vor dem Abbau im Körper schützen und gezielt in Zellen einschleusen. Diese Technik wird inzwischen auch für andere Anwendungsfelder angepasst, etwa für Krebstherapien und die Behandlung seltener genetischer Erkrankungen.
Seit wann müssen Hersteller Nanomaterialien zusätzlich registrieren lassen?
Die EU hat ihre Chemikalienverordnung REACH zum 1. Januar 2020 um spezifische Pflichten für sogenannte Nanoformen von Stoffen ergänzt. Seitdem müssen Hersteller und Importeure zusätzliche Informationen zur sicheren Verwendung der jeweiligen Nanoform vorlegen, bevor sie Produkte in dieser Form in Verkehr bringen dürfen.
Wie verbessern Silizium-Nanodrähte die Energiedichte von Batterien?
Silizium-Nanodrähte in der Anode von Lithium-Ionen-Akkus können nach Angaben mehrerer Forschungsgruppen die Energiedichte gegenüber klassischen Graphit-Anoden nahezu verdoppeln. Dadurch speichert ein Akku bei gleichem Gewicht mehr Energie als mit einer herkömmlichen Anode.