Mit Innovationen aus Glas ist das so eine Sache: Als ein Handwerker im antiken Rom ein unzerbrechliches Glas erfand, kam er nicht weit. Er schenkte Kaiser Tiberius eine Vase aus dem Material und warf sie zum Beweis auf den Boden. Das Gefäß blieb wie erwartet heil. Doch Tiberius argwöhnte, seine kostbaren Vorräte an Silber und Gold würden durch das unverwüstliche Material an Wert verlieren, und ließ den Erfinder kurzerhand töten.
Historiker streiten zwar darüber, ob sich die Geschichte tatsächlich so zugetragen hat. Der Ruf des Glases aber ist seither angekratzt: Es gilt als steinaltes Material, das sich Innovationen widersetzt. Es sei zerbrechlich, heißt es, Form und Farbe ließen sich kaum variieren und es sei unflexibel.
Doch mit derlei Urteil unterschätzt man eines der faszinierendsten Produkte der High-Tech-Industrie. Neue, unverwüstliche Scheiben machen sensiblere berührungsempfindliche Displays möglich, High-Tech-Fenster erzeugen selbstständig Strom und lassen sich überdies via Knopfdruck abdunkeln.
Und bald schon soll biegsames Glas den Alltag erobern, mit dem eine neue Generation elektronischer Lesegeräte möglich wird. Höchste Zeit also, mit den größten Vorurteilen gegenüber dem uralten Material aufzuräumen.
Vorurteil 1 "Glas ist zerbrechlich"
Damit mochte sich schon Steve Jobs nicht abfinden: Als Apple-Chef wollte er für seine iPhones und iPads eine gläserne Oberfläche – koste es, was es wolle. Denn Glas sieht nicht nur besser aus, es ist auch unempfindlicher gegen Kratzer und wird nicht trüb, wie transparente Plastikoberflächen. Und so trieb Jobs das amerikanische Unternehmen Corning dazu, Glas für tragbare Tablet-PCs mit einem chemischen Verfahren extrem hart und zwei bis drei Mal so kratzfest zu machen.
Das neue Material kam schließlich unter dem Handelsnamen Gorilla-Glas auf das iPad und wurde weltbekannt. Mittlerweile beliefert Corning mehr als 30 Hersteller von Smartphones, Netbooks und Tablets und erwirtschaftete 2010 einen Umsatz von 6,6 Milliarden Dollar.
Nun geht der Trend zu noch dünneren, festeren Displays. „Fein wie ein menschliches Haar wird das Glas bald sein“, prophezeit Peter Bocko, Technologiechef bei Corning. Denn je dünner die Scheibe zwischen Elektronik und Mensch, desto schärfer das Bild und desto leichter bedienbar der Monitor.
Besonders widerstandsfähiges Glas
Damit kommt auch der deutsche Spezialglashersteller Schott ins Spiel. Das Unternehmen hat jüngst vorgeführt, dass das Material mittlerweile zu den stabilsten Werkstoffen überhaupt gehört: Schott produziert nicht nur Glas, das viele Hundert Grad Hitze aushält oder Flugzeuge gegen Hagel schützt. Neuerdings laufen in der Fabrik in Jena auch Scheiben vom Band, die mit 0,7 Millimeter fast so dünn sind wie ein Haar und trotzdem heil bleiben, wenn ein Mensch darauf herumtrampelt.
Dieses bruch- und kratzfeste Material, das Schott vor wenigen Wochen vorstellte, soll zu Bildschirmabdeckungen von Mobiltelefonen, Fernsehgeräten und Computern verarbeitet werden – und die Geräte wesentlich widerstandsfähiger machen.
Dafür hat Schott einen uralten Produktionsprozess wesentlich verändert: Glas besteht vor allem aus Quarzsand. Damit es so stabil wird, dass die Displays auch nach einem Sturz nicht brechen, fügen die Jenaer Techniker farblose Kristalle der Chemikalie Boroxid hinzu. Sie machen den Werkstoff besonders widerstandsfähig.
Mit einem Spezialverfahren wird das Material dann zusätzlich gehärtet. Dazu kühlen die Ingenieure die viele Hundert Grad heiße Glasschmelze mit Gas. Das lässt die orange glühende Masse an der Oberfläche erstarren, während sie im Kern heiß bleibt. Gänzlich abgekühlt ist sie ein Dutzend Mal stabiler als Fensterglas, verspricht Schott.
Nach Angaben des Unternehmens testen alle weltweit relevanten Elektronikhersteller das neue deutsche Superglas. Noch dieses Jahr, sagt Klaus Schneider, Geschäftsführer der Schott Technical Glass Solutions in Jena, komme das erste Produkt auf den Markt: „Ein handliches Elektronikgerät.“ Mehr verrät er nicht. Immerhin aber will das Unternehmen mit der Innovation Umsätze in dreistelliger Millionenhöhe erwirtschaften.
50 bis 70 Tonnen Bildschirmglas könne Schott laut Schneider am Tag produzieren. Bisher landete dies vorwiegend in Navigationsgeräten. Mit dem neuen Material will Schott nun die Mobiltelefon-, Tablet-, PC- und Fernsehindustrie erobern.
Vorurteil 2 "Glas ist starr"
Den nächsten Trend hat Corning-Visionär Bocko schon vor Augen: rollbare und faltbare Geräte, die eher einer Zeitung ähneln als einem Display. Eines der Bildschirmgläser von Schott lässt sich bei 500 Grad Celsius bereits in eine beliebige Form bringen. Bei derart dünnen Scheiben war das bislang nicht machbar. Das eröffnet Designern völlig neue Möglichkeiten: Smartphones etwa, die sich wie ein Armreif um das Handgelenk legen lassen, oder ein Display, das sich um eine Litfaßsäule win- » » det. Im kalten Zustand ist dieses Glas allerdings nicht mehr beweglich. Vorerst.
Denn es sei nur eine Frage der Zeit, bis der Werkstoff auch bei Zimmertemperatur geschmeidig bleibt, sagt Schott-Manager Schneider. Das Glas dafür ist nicht das Problem. „In den Laboren geht das schon“, pflichtet Bocko vom Konkurrenten Corning bei. Doch es hakt an anderer Stelle: Die elektrischen Kontakte im Gerät müssen bei Bewegung aufrechterhalten bleiben. Dafür werde die Elektronikindustrie noch zehn Jahre brauchen.
Dass Glas auch heute schon biegsam sein kann, demonstrieren neue Glasfaserkabel von Corning. Telekom-Techniker können diese Kabel wie Draht um Ecken und Kanten legen. Bislang ließen sich die Datenkabel nicht biegen, weil sie sonst gebrochen wären. Derart flexible Leitungen werden schon in wenigen Jahren Standard in Haushalten, Flugzeugen und Autos, glaubt Corning-Mann Bocko.
Zu Hause könnten Menschen dann Filme in HD-Qualität in Minuten aus dem Internet laden oder gleich im Netz abspielen. Und schon bald, prophezeit Glasforscher Lothar Wondraczek von der Universität Erlangen-Nürnberg, werde jeder Flugpassagier einen Highspeed-Internetzugang an seinem Platz vorfinden – dank eines Anschlusses über biegsame Glasfasern.
Vorurteil 3 "Glas trägt keine Lasten"
Die gläsernen Innovationen in der Telekommunikation sind unscheinbar – ganz anders ist es in der Architektur: Waren es einst Stahl und Beton, die Häuser und Brücken trugen, so übernimmt Glas zunehmend deren Funktion. Die Fassaden der meisten Hochhäuser sind bereits aus dem Material: Und weltweit soll laut dem US-Marktforschungsunternehmen Freedonia der Bedarf an Flachglas für Gebäude bis 2014 noch um sechs Prozent auf acht Milliarden Quadratmeter pro Jahr steigen.
Durchsichtige Treppen gehören längst zum Markenzeichen der Apple-Filialen. Gefertigt werden sie von dem Hersteller Seele aus dem bayrischen Gersthofen, der auch den Hauptbahnhof in Straßburg mit einer gigantischen Glaskonstruktion eingepackt hat. Das neuste Projekt der Bayern wird auf dem Flughafen Berlin-Brandenburg zu sehen sein, der im Juni in Betrieb gehen soll. Seit 2008 baut Seele außerdem transparente Brücken und neuerdings sogar ein Haus mit tragenden gläsernen Wänden und einem durchsichtigen Dach.
Giga-Glasbauteile mit Seele
Nun interessieren sich auch verschiedene Werften für die stabilen Scheiben aus Bayern, berichtet Seele-Vertriebschef Ralf Scheurer. Passagiere von großen Yachten sollen auch unter Deck weit hinaus aufs Meer blicken können. Seele will dafür die kleinen Bullaugen durch große Fenster ersetzen. Das war bislang unmöglich, weil Scheiben dieser Größe Sturm und Wellen nicht standhielten.
Seele produziert diese seetauglichen Fenster und andere Giga-Glasbauteile mit dem sogenannten Laminationsverfahren.
Dafür bedecken die Ingenieure dünne Glasscheiben mit je einer Folie aus Spezialkunststoff und stapeln sie aufeinander. Der Stapel bäckt dann bei hohem Druck und 120 Grad Celsius. Während das Glas hart bleibt, schmilzt der Kunststoff und klebt die Lagen aneinander. So entstehen schließlich flache oder gebogene Scheiben für Fassaden, Dächer und Schiffsfenster.
Die Kunststoffschichten sind kaum zu erkennen, verleihen den Scheiben aber die ungewöhnlich hohe Belastbarkeit.
Vorurteil 4 "Glas ist langweilig"
Ein Gebäude des Fassadenspezialisten Drooghmans im belgischen Balen beweist das Gegenteil: Regenbogenfarbene Streifen zieren die Fassade. Mal schimmern sie grün, mal dominiert Purpur. Jeder bunte Streifen besteht aus einzelnen farbig leuchtenden Glasscheiben, die sich wie Puzzleteile zu einem Gesamtbild zusammenfügen. Der Trick: In die Scheiben wird seitlich farbiges LED-Licht eingestrahlt, dessen Farbe automatisch geregelt wird.
Der französische Hersteller Saint-Gobain nimmt das Gebäude gerne als Beleg für einen Trend: Glas wird intelligent. So wechseln Fenster per Knopfdruck nicht nur die Farbe, sie werden auf Wunsch auch milchig. Ungeordnete Flüssigkristalle lassen die Scheibe trüb erscheinen. Sobald sie unter elektrische Spannung gesetzt werden, richten sich die Kristalle aus und der milchige Schimmer verschwindet. Eingesetzt wird die Technik bereits in neuen ICEs in der Trennwand zwischen Lokführer und Fahrgästen.
Vor allem sind es chemische Beschichtungen, die das Material intelligent machen. Das Unternehmen Saint-Gobain, das 2010 rund 40 Milliarden Euro umsetzte, bezeichnet sich als Weltmarktführer in dem Feld.
Jalousien werden überflüssig
Doch die Nachfrage nach intelligenten Gläsern lässt Raum für Neulinge: Vor vier Jahren nahm der heute in Plauen ansässige High-Tech-Glashersteller E-Control den Betrieb auf. Das Unternehmen brachte als erstes in Europa dimmbare Fensterscheiben auf den Markt, die an selbsttönende Sonnenbrillen erinnern.
Der Unterschied zur Brille: Der Hausbesitzer kann den Sonnenschutz per Knopfdruck regeln. In dunklem Zustand ist das Glas undurchsichtig. Dann heizen sich auch im Sommer die Büros und Wohnzimmer nicht auf und Jalousien werden überflüssig. Für das neue Werk im westungarischen Ort Szentgotthárd hat Opel vor wenigen Wochen eine Fertigungshalle mit den dimmbaren Scheiben ausstatten lassen. Auch das Bundespräsidialamt verfügt seit 2011 über ein transparentes Dach mit integrierter Sonnenbrille, nachdem zuvor jahrelang die Jalousien des Hauses versagten.
Der Dimm-Effekt beruht auf den Eigenschaften von Lithium-Ionen: Sobald ein Stromstoß durch die Scheibe fließt, wandern sie zu einer Schicht aus Wolframoxid. Diese ist im Normalzustand farblos. Sobald die Lithium-Ionen aber dort ankommen, färbt sich das Wolframoxid blau. Binnen 15 Minuten verdunkelt sich das Glas.
So vielseitig die beschichteten Scheiben auch sein mögen, die Technik verursacht auch Probleme. Bislang war Glas auch deshalb umweltfreundlich, weil es sich optimal recyceln ließ. Wenn das Material aber mit Flüssigkristallen, Metallen und Kunststoffen gespickt ist, könnte das Mehrwegprinzip wanken. Denn diese Rohstoffe werden aus Smartphones und Fassaden oft nicht zurückgewonnen.
Ein Umdenken setzt erst allmählich ein: Hersteller wie Schott nehmen metallreiche Produkte wie Solarmodule seit 2010 zurück, um sie zu recyceln.
Vorurteil 5 "Glasbauten verschwenden Energie"
Glas ist bei Architekten das Material der Wahl: Es ermöglicht lichtdurchflutete Räume und verkörpert Eleganz wie Transparenz. Nur gab es ein Problem: Große Scheiben ließen im Winter Wärme entweichen und hielten im Sommer Hitze in den Räumen. Doch das stimmt nicht mehr, wie Materialforscher Wondraczek betont: Modernes Dreifachglas dämme sogar ähnlich gut wie herkömmliches Mauerwerk.
Dafür haben Hersteller wie Saint-Gobain und das britische Traditionsunternehmen Pilkington Glas mit bis zu 20 verschiedenen, nanometerdicken Wärme- und Sonnenschutzschichten entwickelt. Sie halten die Wärme im Raum und die Hitze draußen, indem sie die Wärmestrahlung nach innen und außen reflektieren. 35 Prozent aller neuen Fenster seien in Deutschland zudem bereits dreifach verglast, heißt es bei Saint-Gobain.
Der Nachteil des intelligenten Glases
Einige Fenster heizen die Gebäude im Winter sogar aktiv. Dafür überziehen Hersteller die Scheiben mit einer hauchdünnen, unsichtbaren Silberschicht. Sobald ein schwacher Strom von Elektronen hindurchfließt, stoßen diese an die Metallatome und regen sie zum Schwingen an. Das erzeugt Wärme.
Die gläserne Heizung ist nach Angaben von Materialforscher Wondraczek sogar energieeffizienter als mancher Heizkörper unter einem Altbaufenster. Jedenfalls gut genug, dass moderne Wintergärten ohne zusätzliche Heizkörper auskommen.
Das intelligente Glas hat allerdings einen Nachteil: Es verbraucht Energie. Keine großen Mengen zwar, aber immerhin. Doch auch dieses Problem könnte sich in den nächsten Jahren erledigen. Denn Fenster sollen künftig auch Strom erzeugen.
Forscher an der Universität von Südflorida haben eine Beschichtung aus Kunststoffen entwickelt, die sich wie ein durchsichtiger Lack auf Glas sprühen oder drucken lässt. Der High-Tech-Anstrich verwandelt das Fenster damit in eine durchsichtige Solarzelle: Fällt Sonnenlicht darauf, gerät es unter elektrische Spannung.
Das US-Startup New Energy Technologies hat die Lizenzen der Technik erworben und bereits einen Prototypen mit gut 30 Zentimetern Kantenlänge gebaut. Ein ähnliches Produkt entwickelt seit wenigen Monaten der britische Hersteller Pilkington zusammen mit dem australischen Solar-Startup Dyesol.
Strom erzeugendes Glas käme einer Revolution gleich: Einzelne Fenster, Oberlichter, ja ganze Glasfassaden könnten mit der Technik Energie ins Netz speisen und Gebäude zu Kraftwerken machen. Weil die Solarzellen-Schicht nur den Bruchteil eines Millimeters misst, wären die Materialkosten gering und der erzeugte Strom möglicherweise sogar preiswerter als bei Solarzellen auf dem Dach. n
Erstmals werden ganze Brücken und Häuser aus Glas gebaut
