Maßgeschneiderte Materialien von der Saar erobern die Welt.

Zu Beginn der Menschheitsgeschichte war Stein das Nonplusultra, heute gibt es eine kaum mehr zu überblickende Vielfalt an (Werk-)Stoffen. Vom ganz profanen „Trial and error“ hin zu ausgeklügelten Forschungsprojekten: Seit Hunderttausenden von Jahren experimentiert der Mensch mit Materialien, wenn es um die Verbesserung der Lebensqualität geht. Seit Gründung der Universität gibt es im Saarland die „Materialwissenschaft und Werkstofftechnik“ als wohletablierte Wissenschaftsdisziplin.

Das Spannende daran ist: Innovation kennt keine Grenzen. Gute Ideen finden Anwendung in vielen Bereichen – u. a. Pharmazie, Industrie, Automobilbranche – und überall auf dem Globus. Über zwei Drittel aller technischen Neuerungen sind mittlerweile direkt oder indirekt auf neue Materialien zurückzuführen.

Ein Grund dafür, dass sich das Saarland zu einem guten Pflaster für innovative Materialforschung entwickelt hat, ist genau dieses Zusammenspiel verschiedener Branchen auf kleinem Raum. Gerade durch die hohe Dichte an Kompetenz in unterschiedlichen Forschungsfeldern und Branchen gelingt das interdisziplinäre, vernetzte Arbeiten von Wissenschaft und Wirtschaft hier besonders gut.

All-gegenwärtige saarländische Wissenschaftsexzellenz

Mit der Fachrichtung „Materialwissenschaft und Werkstofftechnik“ ist die Universität des Saarlandes auf der Seite der Wissenschaft vor Ort vertreten. Hier werden mitunter Karrieren befeuert, die über die Erdumlaufbahn hinausgehen. Ein Absolvent des Saarbrücker Studiengangs ist Matthias Maurer, Astronaut der ESA und seit November 2021 Teil der Besatzung auf der internationalen Raumstation ISS. Im höchsten Forschungslabor der Menschheit, 400 km über der Erde, hat er für die nächsten sechs Monate ein ambitioniertes Forschungsprogramm: Über 100 Experimente sollen von der Raumstation aus durchgeführt werden, von denen 36 in Deutschland entwickelt wurden. Maurers Karriere startete mit einem Studium der Materialwissenschaft und der Universität des Saarlandes, kombiniert mit drei Jahren im europäischen Ausland. Schließlich konnte er das Studium in der Heimat abschließen mit insgesamt drei deutschen bzw. internationalen Diplomabschlüssen, wie er selbst sagt „… dank des hervorragend organisierten, integrierten europäischen Studiengangs“. Denn neben der wissenschaftlichen Exzellenz ist es eben diese gelebte Internationalität in der saarländischen Bildungslandschaft, die herausragende Lebenswege wie den des Astronauten begünstigt.

„Nach dem zweijährigen Grundstudium in Saarbrücken studierte ich dann drei Jahre im europäischen Ausland, in England, Frankreich und Spanien, bevor ich mein Studium in Saarbrücken dank des hervorragend organisierten, integrierten europäischen Studiengangs mit insgesamt drei deutschen bzw. internationalen Diplomabschlüssen erfolgreich abschließen konnte.“

Matthias Maurer

Um die Neuerungen, die im Spannungsfeld von Physik, Chemie, Biologie und den Ingenieur-wissenschaften praktisch in Wert zu setzen, wurden im Saarland ebenfalls früh die nötigen Rahmenbedingungen geschaffen:

Grundstein für den Erfolg an der Saar:
das Leibnitz-Institut für Neue Materialien (INM)

Seit der Gründung 1987 widmet sich das INM der Entwicklung neuer Konzepte für Materialien und Beschichtungen. Während man sich in den Anfängen der Wirkungsgeschichte besonders auf chemische Nanotechnologie konzentrierte, kamen mit der Neuausrichtung 2007 weitere Forschungsschwerpunkte wie Grenzflächenmaterialien und Biogrenzflächen dazu. Gleichzeitig wurde mehr Wert auf eine interdisziplinäre Betrachtung und Verknüpfung mit der Wirtschaft gelegt. Aus diesem Verständnis heraus entstand das heutige „InnovationsZentrum INM“, das sich zur Aufgabe gemacht hat, die Erkenntnisse und Entwicklungen der Forschung in Produktion und Anwendung zu transferieren.

Zahlreiche Innovationen konnten bereits mit Patenten gesichert werden und haben ihren Weg vom Labor in die Produktionshalle gefunden. Das praxisorientierte Kooperationsnetzwerk bindet regionale Unternehmen bewusst ein, ebenso wie Global Player mit weltweit anerkannten Forschungsaktivitäten. Mittlerweile zählt das INM rund 260 Mitarbeiter mit ganz unterschiedlichen Fachkompetenzen, die diesen Know-how Austausch auf Spitzenniveau möglich machen. Synergien, die die saarländische Wirtschaft unmittelbar voranbringen, gibt es mit unterschiedlichen Branchen: Mit Automobilzulieferern und Batterieherstellern etwa, deren Neuentwicklungen dazu beitragen, die Evolution des Automobils zu beschleunigen. Auch die Stahlindustrie, die im Saarland lange Tradition hat, profitiert mitsamt ihren assoziierten Branchen von den Innovationen in Richtung Industrie 4.0.

Erfolgsgeschichten aus dem Saarland

Mensch und Natur: Innovation in Teamarbeit

Saarländische „Geckofüße“ erobern die Welt und das Weltall

„Von den Besten lernen“ ist ein guter Ansatz, um Dinge weiterzuentwickeln. Und dabei muss es sich nicht zwangsläufig um einen Menschen handeln. Oft finden sich in der Pflanzen- oder Tierwelt von der Evolution perfekt ausgeklügelte Funktionen, die – sobald man sie verstanden hat – vielseitige Lösungsansätze darstellen. Auch im Saarland schaut man sich gern was bei Mutter Natur ab, ganz aktuell etwa beim EU-geförderten Projekt STICK2SEE, bei dem man die Eigenschaften von Geckofüßen für industrielle Anwendungen nutzbar gemacht hat.

Geckos haften mittels Abermillionen von mikroskopisch kleinen Härchen wie von Zauberhand an verschiedenen Oberflächen. Ausgehend von dieser Fähigkeit werden im Saarland sehende Greifersysteme entwickelt. Durch Einsatz von KI sind diese Greifer deutlich zuverlässiger und zielsicherer als konventionell eingesetzte Greifroboter. Das im InnovationsZentrum geborene „Gecko-Prinzip“ wurde bereits als eigenes Unternehmen, die INNOCISE GmbH, ausgegründet und dient dort als Grundlage für nachhaltige und präzise Greiflösungen mit unterschiedlichsten Anwendungsmöglichkeiten.

Im Gegensatz zu Sauggreifern benötigen sie keine Energie – somit bringen sie erhebliches CO₂ Einsparpotential für die Industrie. Da sie selbst unter Vakuumbedingungen funktionieren, setzt die Technologie ihren Höhenflug bis ins All fort: Von der NASA entwickelte, kleine Flug-Roboter namens „Astrobees“ wurden mit saarländischen „Gecko-Haftstrukturen“ ausgestattet. Sie sollen zukünftig eingesetzt werden, um Weltraumschrott im All einzufangen.

Nachtfalter-Augen und Hai-Tech aus dem Saarland

Die Natur als Patin für Oberflächenforschung
Die scharfkantige Haut von Haien, ausgestattet mit reinen Rillen für optimale Fortbewegung im Wasser, lieferte eine wertvolle Vorlage für die Aerodynamik: Nach deren Vorbild wurden die sogenannten Riblet-Folien entwickelt: innovative Folien, die den Reibungswiderstand an den Außenflächen von Flugzeugen senken und ab 2022 bereits in Lufthansa-Transportflugzeugen die Effizienz erhöhen sollen.

Für die Entwicklung neuer optischer Anti-Reflex-Oberflächen erforschte man am INM die Augen von Motten und Nachtfaltern. Deren Nanostruktur reflektiert Licht nicht – was zu der bemerkenswerten Nachtsichtfähigkeit beiträgt. Die Erkenntnisse der Saarbrücker Forschung wurde zur Entwicklung optischer Anti-Reflex-Oberflächen herangezogen, mit denen Nachtsichttechnik qualitativ verbessert werden kann.

Out of space and down to earth

Material Engineering Center Saarland (MECS) – Steinbeis-Forschungszentrum und SurFunction
Eins der hoch spannenden Experimente, die Astronaut Matthias Maurer auf der ISS durchführen wird, steht in Verbindung mit der innovativen Oberflächenforschung aus dem Saarland: Dass Kupfer auf der Erde ein Werkstoff ist, der Bakterien, Viren und Pilze abtötet, ist bekannt. Nun wird auf der Raumstation getestet, wie sich das mit Oberflächen aus Kupfer und Edelstahl im All verhält. Die werden zusätzlich nanometergenau mit Laser strukturiert. Mit dem so geprägten mikroskopisch exakten Relief soll Viren und Bakterien die Anhaftung erschwert werden, sodass sich kritische Biofilme gar nicht erst bilden können.

Klingt abgehoben? Das Steinbeis Forschungszentrum Material Engineering Center Saarland (MECS) ist sowohl Treiber solcher Projekte, also auch die Schnittstelle, die Forschungsarbeit wie diese in praktische Anwendungen umsetzt.

Deren Unternehmens-Ausgründung SurFunction nutzt die im MECS entwickelte patentierte Laser-Strukturierungstechnik um z. B. Oberflächen zu entwickeln, die künftig in der Pandemie-Bekämpfung hilfreich sein können. Auch der Ausbreitung von Keimen in Krankenhäusern kann generell entgegengewirkt werden, wenn Kontaktoberflächen wie Ablagen, Türklinken oder Lichtschalter mit den Laser-bearbeiteten Oberflächen ausgestattet werden. Unzählige weitere Anwendungsmöglichkeiten, etwa in der Industrie, werden dort außerdem vorangebracht – von der Reibungsreduzierung oder Verschleißminderung bis hin zur Solarabsorption.

Und das sind längst nicht alle Erfolgsgeschichten, die die enge Verbindung von Wissenschaft, (Medizin-) Technik, KI-Forschung und Industrie im Saarland hervorgebracht haben.

Hier einige weitere unserer zukunftsweisenden Projekte und Unternehmen im Kurzportrait:

DESAAR GmbH – touch me smartly
Die DESAAR GmbH ging aus dem intelligent Material System Lab (iMSL) der Universität des Saarlandes hervor. Hier werden neuartige Systeme auf Basis intelligenter Materialien geschaffen (speziell auf Grundlage dielektrischer Elastomere). Passend zu den Anforderungen des Kunden und seines Systems realisiert das Team von der Proof-of-Concept-Studie bis hin zur Serienproduktion passgenaue Innovationen.

Fest und fabelhaft formbar ­– AMS Amorphe Metal Solutions
Medizintechnik, Luxusuhren, Satelliten –sind nur einige Anwendungsbeispiele für amorphe Metalle. Sie sind härter als Stahl und gleichzeitig formbar wie Kunststoff – und damit Werkstoff der Extraklasse. Die Firma AMS, eine Auskopplung des Lehrstuhls für Metallische Werkstoffe an der UdS, kennt sich bestens damit aus und bringt das Material für verschiedene Branchen zum Einsatz.

Innovationsschmiede für die Nachhaltigkeit – Grüner Stahl von der Saar
Wenn‘s hart auf hart kommt, ist Stahl der Werkstoff der Wahl. Offshore-Windparks, die extremen Wetterbedingungen trotzen müssen, sind aus Stahl. Und in Europa meist aus Stahl von Dillinger aus dem Saarland. Dillinger ist nicht nur bekannt für qualitativ hochwertige Grobbleche, die in Groß- und Prestigeprojekten oft verbaut werden – sie sind auch Innovationsbeschleuniger. Zusammen mit der Saar-Uni und dem MECS wird Forschung betrieben, um die industriellen CO₂-Emissionen bei der Stahlherstellung deutlich zu senken.

Weitere im Saarland ansässige Unternehmen sind proaktiv daran beteiligt, diese Synergien mit der Exzellenzforschung weiter voranzubringen: Die Automobilzulieferer Schaeffler oder ThyssenKrupp Gerlach am Standort Homburg etwa setzen auf Neuerungen in der Materialforschung, genau wie der Entwicklungsdienstleister für Medizintechnik AcesoMed in Saarbrücken.

Kluge Köpfe, kurze Wege und intelligente Vernetzungen haben an der Saar ein optimales Ambiente geschaffen, um Großes im Kleinen entstehen zu lassen.