Kreislauf der Werkstoffe

Die Aufgaben der Materialwissenschaft werden im Zusammenhang mit den vollständigen Kreisläufen der Werkstoffe betrachtet. Die Materie durchläuft auf dem Wege vom Primärrohstoff (α) die Stadien Rohwerkstoff und Halbzeug (W), Fertigung (F), Gebrauch (G), Versagen (V), Wiederaufbereitung (Ω). Die in diesem Zusammenhang auftretenden Zustands‐, Energie‐ und Entropieänderungen (durch Ordnen, Mischen oder Trennen der Atome) werden erörtert. Kennzeichnend für moderne Technik ist geringerer Werkstoffverbrauch pro technischem Nutzen (durch verbesserte Gebrauchseigenschaften) bei zunehmender Komplexität. In den Systemen laufen die Kreisläufe vieler Werkstoffe für die Dauer des Gebrauchs zusammen. Dies führt zu leistungsfähigeren Maschinen, aber auch zu komplexen Stoffgemischen, also höherer Entropie am Ende des Gebrauchs. Nachdem der Werkstoff im Gebrauch möglichst wirksam, sicher und lange seinen Dienst getan hat, gibt es für seinen weiteren Wegeine Reihe von Optionen, die von seiner Mikrostruktur und der Art der Konstruktionen abhängen. Die günstigste Möglichkeit ist das Schließen des Kreislaufs durch Gewinnung von Sekundärrohstoff (Ω α) oder Sekundärwerkstoff (Ω W), die ungünstigste ist die Feinstverteilung der Atome des Werkstoffs auf der Erdoberfläche, in Wasser oder Atmosphäre. Dazwischen liegen die konzentrierte Lagerung in Deponien und die Rückgewinnung von Energie durch Verbrennung. Das Schließen des Kreislaufs ist möglich durch Rückgewinnung von C aus CO 2 durch Biosynthese von natürlichen Polymeren (Zellulose, Stärke). Auch mit bewährten Werkstoffen auf der Grundlage des Eisens und in noch stärkerem Maße mit Leichtmetallen (Al, Mg) lassen sich Kreisläufe gut schließen. Darüber hinaus wird es eine dankbare Aufgabe zukünftiger Materialwissenschaft sein, die Grundlagen zur Entwicklung neuer „recyclingfreundlicher” Werkstoffe, Fertigungsund Konstruktionsmethoden zu liefern.