Ob Photovoltaik, LED-Beleuchtung, sortenreines Recycling oder kamerabasierte Inspektion für eine vollautomatisierte fehlerfreie Produktion – das Werkzeug Licht ist in vielen Bereichen die Basis dafür, die Belastungen für die Umwelt zu reduzieren. Dabei ist das Potenzial, das die Photonik bietet, längst noch nicht ausgeschöpft. Laser treiben die Kernfusion, die Batterie- und Brennstoffzellenfertigung, das Precision Farming in der Landwirtschaft und weitere Lösungen für die post-fossile Zukunft. Auf der Messe Laser – World of Photonics zeigen führende Anbieter, woran sie arbeiten und was heute bereits möglich ist.
Ein Beispiel dafür ist eine Meldung des Lawrence Livermore National Laboratory, die im Dezember 2022 um die Welt ging: „Durchbruch in der Kernfusion!“ Zum ersten Mal erzeugte dort ein Forschungsteam per Fusion zweier Wasserstoffisotope einen Energieüberschuss. Ihr wichtigstes Werkzeug für diesen technologischen Meilenstein: UV-Licht aus dem weltgrößten und energiereichsten Lasersystem, gebündelt von tausenden Spezialoptiken. Gelingt es den Fusionsprozess aus dem Highend-Labor in automatisierte Fusionsreaktoren zu übertragen, stünde der Menschheit ein fast unerschöpflicher Zugang zu emissionsfreier Energie offen.
Photonik bietet große Vielfalt an „Enabling Technologies“
Auf dem Weg in die post-fossile Ära kommt der Photonik eine Schlüsselrolle zu. Wenn Unternehmen, Behörden oder Privathaushalte Klimaschutzmaßnahmen ergreifen, zählen LED-Beleuchtung und Photovoltaikanlagen zu den ersten Schritten. Auch beim Bau und Betrieb immer leistungsstärkerer Windkraftanlagen sind photonische Mess- und Fertigungsverfahren gefragt. Lidar (Light Detection and Ranging)-Sensoren machen von Satelliten und der Erde aus Windpotenziale sichtbar und Windvorhersagen genauer. Und wenn es um das Speichern grüner Energie geht, dann gehören Laser und optische Messverfahren ebenfalls zu den Schlüsseltechnologien – ob in der Batteriefertigung oder der Produktion von Bi-Polarplatten für Brennstoffzellen und der Elektrolyseure, die grünen Strom in Wasserstoff wandeln.
Das Werkzeug Licht ist gefragt, weil es berührungslos, flexibel und rasend schnell schweißt, bohrt, schneidet, strukturiert oder Material abträgt. Wo es um wärmeempfindliche Materialien geht, gewährleisten Ultrakurzpulslaser „kalte“ Prozesse. Auch optische Messtechnik nutzt die Vorteile des Lichts und dringt in Genauigkeiten im Sub-Nanometerbereich vor. Damit wird sie zum Enabler der Effizienzrevolution in der Halbleiterindustrie und in Rechenzentren, denen es zunehmend gelingt, Energieverbräuche und exponentiell steigende Rechenleistung und Datenvolumina zu entkoppeln. Neueste Prozessoren mit Leiterbahnen im einstelligen Nanometerbereich und Photonische Schaltkreise sind nur dank Lasertechnologie und optischen Messverfahren machbar – und treiben die Effizienzfortschritte, da optische Datenübermittlung und Signalverarbeitung die Wärmeverluste und den Kühlbedarf minimieren.
Potenziale in vielen Bereichen
In einer gemeinschaftlichen Studie sind der deutsche Industrieverband Spectaris und die Messe München den Nachhaltigkeitspotenzialen der Photonik auf den Grund gegangen. Allein in den betrachteten Bereichen, die das Potenzial der Photonik für den Klima- und Umweltschutz nur andeuten, summiert sich das Einsparpotenzial auf rund 3 Mrd. t CO2 bis 2030. Das Spektrum reicht von Waldbrand-Früherkennung über laserbasierte spektroskopische Identifizierung von Metallen und Kunststoffen im Abfallrecycling hin zur optischen Kommunikation in 5G-Mobilfunknetzen oder energieeffizienten Displays. Die Vielfalt photonischer Lösungen ist so groß wie ihre Hebelwirkung. Wo Inspektionssysteme kamerabasiert Produktionsprozesse überwachen, wird die energie- und ressourcenverschwendende Produktion von Ausschuss minimiert. Und mit Sensoren können Landwirte präzise ermitteln, wo auf ihren Äckern die Saat nicht aufgeht, das Getreide nicht gedeiht oder Unkraut wuchert, und bei der Ernte punktgenaue Flächenerträge dokumentieren. Das hilft, den Einsatz teurer Düngemittel exakt zu dosieren und Unkraut gezielter zu bekämpfen. Letzteres sollen künftig mit Lasern ausgerüstete Roboter erledigen, indem sie das Unkraut mit Lichtpulsen abtöten. Hannoveraner Laserforscher arbeiten daran, dass die Vision real wird und Landwirte künftig auf Pestizide verzichten können.
Kongress mit 3000 Vorträgen
Ob Laserfertigung oder Messtechnik, ob Sensorik oder effiziente Display- und Beleuchtungstechnik – die führenden Akteure kommen vom 27. bis 30. Juni 2023 auf dem Münchener Messegelände zusammen. Parallel zur Laser World of Photonics finden die Quantentechnologie-Plattform World of Quantum sowie der World of Photonics Congress (25. bis 30. Juni 2023) statt. Auf dessen fünf Teilkonferenzen mit rund 3.000 Vorträgen werden einige tausend Wissenschaftler aus aller Welt neueste Forschungserkenntnisse und anwendungsnahe Entwicklungen für die Zukunft erörtern. Erstmals findet zudem zeitgleich die Automatica, Leitmesse für intelligente Automation und Robotik, statt. In automatisierten Prozessen kann das Werkzeug Licht seine Präzision und sein Potenzial am besten ausspielen. (mw)
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