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II.2.5 Materialforschung im Fachbereich Chemie der Universität Hamburg |
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Der Materialwissenschaft kommt für die Entwicklung neuer und für die Optimierung etablierter Technologien eine zentrale Bedeutung zu. Verfügbarkeit geeigneter Materialien steht am Beginn jeder Technik, und nicht von ungefähr wird der Fortschritt der Menschheit gemessen an den Materialien, die sie sich zu Diensten gemacht hat, und die deshalb den Epochen der Menschheitsgeschichte ihren Namen gegeben haben. Von dem Stein, mit dem ein Mensch vor ca. 100.000 Jahren erstmalig ein Werkzeug fertigte, führt der Weg auf eine heute unüberschaubare Palette z. Z. äußerst kompliziert aufgebauter Werkstoffe, und die Nachfrage der Industrie nach Werkstoffen mit komplexen Eigenschaftsprofilen nimmt ständig zu. Daneben besteht die vielleicht noch wichtigere Forderung nach einer besseren Nutzung des Potentials der konventionellen Materialien.
Deutschland ist in diesem Technologie-Bereich auf eine mittlere Position zurückgefallen. Während nach einer Analyse des Büros für Technikfolgenabschätzungen des Deutschen Bundestags der Anteil am Weltmarkt verbesserter konventioneller und neuer Werkstoffe für USA 37 % und Japan 23 % beträgt, hält die Bundesrepublik (auf Basis der alten Bundesländer ) nur einen Anteil von weniger als 9 %, was allerdings im europäischen Vergleich noch eine Spitzenposition darstellt bei insgesamt ca. 25 % Anteil Europas am Weltmarkt.
Auch für die Hamburger Industrie spielen Werkstoffe eine bedeutende Rolle. Das gilt direkt natürlich für die Werkstoffhersteller wie die Norddeutsche Affinerie, die Aluminium-Hütten und die Hamburger Stahlwerke, aber ebenso und zukünftig in verstärktem Maße für zahlreiche Werkstoffanwender. Hierfür mag stellvertretend die Flugzeugindustrie Hamburgs genommen werden, beginnend mit dem Flugzeugbau in Finkenwerder. Es ist direkt einsichtig, daß für die Ökonomie und Ökologie eines Flugzeuges dessen Gewicht entscheidend ist. Deswegen kommen für den Flugzeugbau zunehmend Werkstoffe mit einer verbesserten spezifischen Festigkeit, das ist das Verhältnis von Festigkeit und Gewicht, zum Einsatz. Beispiele für die Optimierung konventioneller Werkstoffe sind in diesem Zusammenhang die verbesserte Legierung auf Aluminiumbasis, und als neue Materialien kommen Titanlegierungen und polymere Verbundwerkstoffe zum Einsatz.
Die Leistungsfähigkeit eines Antriebaggregates wird wesentlich bestimmt durch die maximale Verbrennungstemperatur, die die Werkstoffe verkraften können. So würde eine Erhöhung der Verbrennungstemperatur in einer Flugzeugturbine um ca. 100° C zu einer Reduzierung der Betriebskosten von weit mehr als 100.000 DM/Jahr führen, die wahrscheinlich viel bedeutsameren ökologischen Ersparnisse nicht eingerechnet. Hierfür werden sogenannte Hochleistungswerkstoffe benötigt, wie gegenwärtig metallische Superlegierungen oder zukünftig eventuell keramische Werkstoffe. Für die Wartung derart hochgezüchteter Flugzeuge ist die Lufthansawerft zuständig, wo auch wiederum Werkstoff-Fragen im Vordergrund stehen. Allein diese beiden Beispiele beziehen sich auf 15.000 Arbeitsplätze in Hamburg, ohne Berücksichtigung der Zulieferindustrie.
Ein anderes Beispiel aus dem Werkstoffbereich stammt aus der Kommunikationstechnik, deren Zukunft gerade erst begonnen hat. Sie gründet sich auf dem Halbleiterwerkstoff Silizium, dessen technologische Anwendung z. B. die Basis des Halbleiterwerkes der Fa. Philips in Lokstedt bildet. Gerade in diesem Bereich ist Norddeutschland bemüht, den Anschluß in Deutschland zu halten und der Südlastigkeit entgegenzuwirken.
Auch die Entwicklungen im Schiffbau und der Offshore-Technik sind eng gekoppelt mit der Werkstoffentwicklung. Außerdem darf die zunehmende Bedeutung der Werkstoffe für das gesamte Bauwesen, vom Verkehrswegebau bis zum Wohnungsbau, nicht übersehen werden.
Auf
der Basis einer eingehenden Analyse des Technologiebereichs neue und
verbesserte Werkstoffe hat der Bundesminister für Bildung, Wissenschaft,
Forschung und Technologie (BMBF) zur Sicherung des
Technologiestandortes Deutschland folgende Schwerpunkte als besonders
zukunftsträchtig erkannt, für die mittelfristig Förderbeträge in
Milliardenhöhe im Bundeshaushalt vorgesehen sind: Werkstoffe für
Energietechnik, Transportwesen, Informations- und Kommunikationstechnik, Medizintechnik,
neue Anwendungsfelder und grundlegende Entwicklungen.
Zu Beginn des vergangenen Jahres hat der Wissenschaftsrat in seinen Empfehlungen zur Förderung matererialwissenschaftlicher Forschung und Lehre an den Universitäten u.a. festgestellt, daß moderne Materialien in Verbindung mit innovativen Anwendungstechnologien eine Schlüsselstellung in der Wirtschaft einnehmen, daß an den Universitäten im Bereich materialwissenschaftlicher Forschung ein umfangreiches Potential existiert, dieses jedoch teilweise zu stark zersplittert ist. Deswegen die wörtliche Empfehlung: „Eine Optimierung der bestehenden Strukturen der universitären Materialforschung kann z. B. durch die Konzentration vorhandener Forschungs- und Lehrkapazitäten in einen materialwissenschaftlichen Fachbereich erzielt werden. Angesichts des interdisziplinären Charakters der Materialwissenschaft und ihrer Position im Spannungsfeld verschiedener Forschungstypen kommt nach Ansicht des Wissenschaftsrates jedoch vor allem dem Ausbau von Verbundstrukturen große Bedeutung zu, die um Kerne universitärer Forschung zentriert sein sollten. Die bereits bestehenden Ansätze für solche Strukturen sollten zu programmorientierten Trägern materialwissenschaftlicher Forschung weiterentwickelt und dabei insbesondere alle sich bietenden Chancen zur Kooperation mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen und mit der Industrie genutzt werden.“
Die Hamburger Hochschulen in Verbindung mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen geben gute Beispiele dafür, wie diese Konzepte und Empfehlungen in der Praxis realisiert werden können und in Hamburg teilweise bereits vorweggenommen worden sind. In der Tat lesen sich die Empfehlungen des Wissenschaftsrates streckenweise wie eine Beschreibung der Hamburger Situation.
Materialwissenschaft ist eine relativ junge Wissenschaft, die sich zu Beginn des Jahrhunderts an einigen Universitäten aus der Physik und der Chemie heraus entwickelt hat. An den technischen Universitäten ist sie praktisch in allen ingenieurwissenschaftlichen Bereichen anzutreffen, vorwiegend im Maschinenbau und in der Elektrotechnik, und reicht neuerdings bis in die Medizin hinein, wo die Zusammenarbeit mit dem Ingenieurwesen besonders erfolgreich ist. Seit einigen Jahren sind weltweit und auch in Hamburg starke Tendenzen erkennbar, daß die Materialwissenschaft sich als eigenständige Disziplin nicht nur in der Forschung sondern auch in der universitären Lehre etabliert.