Es ist überall, wird aber trotzdem gerne übersehen: Glas, ein Werkstoff mit Tradition und Zukunft. Glas ist inzwischen vielleicht sogar der Werkstoff, den wir täglich am intensivsten berühren – als Touchdisplays unserer Smartphones. Einst war jede Scherbe ein kostbares Gut, das immer wieder verwendet worden ist, seit die ersten Gläser vor mehr als 5000 Jahren gefertigt worden sind. Fand Glas zuerst noch hauptsächlich als Schmuck und für besonders wertvolle Gegenstände Verwendung, diente es schon bald auch für eher gebrauchsorientierte Zwecke.

Heute prägen in Deutschland große Weltmarktführer sowie hoch spezialisierte Hidden Champions – international erfolgreiche mittelständische Glas- und Anlagenbauer – die Glasindustrie. Da Gläser über die Schmelze bei Maximaltemperaturen von in der Regel oberhalb von 1500 °C gefertigt werden, sind diese Industriezweige besonders energieintensiv und sensibel für die aktuellen Preisturbulenzen. Zusätzlich setzen konventionelle Fertigungsverfahren CO₂ frei; Wasserstoff ist jedoch eine hoffnungsträchtige Alternative auf dem Weg zur nachhaltigen, CO₂-neutralen Glasherstellung.

Glas ist das vielleicht beste Beispiel für gelebte Nachhaltigkeit: Kaum ein anderes Material wird so umfassend wiederverwertet – und das ohne nennenswerte Qualitätsverluste. Nicht zuletzt deshalb erklärten die Vereinten Nationen 2022 zum Jahr des Glases.

Chemiestudierende haben bereits in den ersten Laborpraktika mit Laborgeräten aus Glas zu tun. Diese sind chemisch inert, durchsichtig und auch bei hohen Temperaturen beständig. Aber moderne Gläser sind noch viel mehr: Neben SiO₂ bilden Alkalioxide, insbesondere Li, Na und K, sowie Erdalkalioxide, hier insbesondere Mg und Ca, die Hauptbestandteile der kommerziellen Gläser. Das sind alles Elemente, die auf der Erde reichlich vorkommen, und die vor allem toxikologisch unbedenklich sind.

Daraus ergeben sich viele Anwendungen. In der Biomedizin spielen etwa hochinnovative biokompatible oder bioaktive Gläser eine entscheidende Rolle. Ein Beispiel sind kristallisierende Gläser, genannt Glaskeramiken, die als ästhetisches Zahnersatzmaterial seit etwa zehn Jahren den Markt für hochwertige dentale Ersatzwerkstoffe dominieren. Nicht zu vergessen sind auch optische Glasfasern, ohne die ein Hochgeschwindigkeitsinternet nicht möglich ist.

Die Entwicklung neuer Gläser nutzt eine besondere Eigenschaft des Glases als nicht stöchiometrischer, nicht kristalliner Werkstoff: Bei einer gegebenen Glasrezeptur lässt sich nämlich fast nach Belieben die Zusammensetzung variieren und damit auch die Eigenschaften des Glases verändern – im Idealfall gezielt einstellen. Eine weitere Besonderheit ist, dass Glas keinen Schmelzpunkt, sondern einen Glasübergangsbereich hat. Oberhalb dieser Temperatur wird das Glas graduell dünnflüssiger, was man für die Formgebung technisch ausnutzt. Glas kann in Form von Blöcken, Rohren, Hohlkörpern und Flachglas preisgünstig gefertigt werden. Der Glasübergang zählt übrigens zu den zehn wichtigsten, ungelösten Probleme in der Festkörperphysik – also noch Luft nach oben für die Forschung.

Doch die Glaswissenschaften einschließlich der Glaschemie werden in Deutschland in den letzten Jahren nur noch an wenigen Standorten betrieben. Das ist bedauerlich, können hier doch gerade die aufkommenden auf Künstlicher Intelligenz basierenden Methoden bedeutende Forschungsfragen beantworten. So ist beispielsweise das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC am vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Projekt GlasDigital beteiligt, das die beschleunigte Entwicklung neuer Glaszusammensetzungen voranbringen will.

Lassen Sie uns das Jahr 2022 dazu nutzen, Glas nicht nur täglich neu zu verwenden, sondern auch neu zu denken.

Dr. Martin Kilo, Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Würzburg