Gläserne Revolution: Wie High-Tech-Glas die moderne Welt prägt

Wir leben im Glaszeitalter, das Material ist für die Menschheit unverzichtbar geworden.

Von Jay Bennett
Veröffentlicht am 31. Jan. 2024, 13:59 MEZ
Techniker schmelzen Glas

In der „Versuchsküche“ des Spezialglasherstellers Corning gießen Techniker geschmolzenes Glas aus. Sie experimentieren mit Rezepturen, die Eigenschaften wie Festigkeit, Farbe und optische Klarheit verbessern sollen.

Foto von Christopher Payne

Gespannt warten an einem kühlen Märznachmittag Kazuhiko Akiba und ein Kollege im Hof der Glasfabrik Chiba Kogaku in Japan darauf, ihre jüngste Kreation zu enthüllen. Ein Gabelstapler rollt ein riesiges Tongefäß von Whirlpoolgröße heran. Die Männer setzen Schutzbrillen auf und streifen Handschuhe über. Dann nimmt jeder einen Vorschlaghammer, holt kräftig aus und schlägt gegen die Tonhülle. Die Schläge lassen die schwere Keramik abplatzen, sodass der kostbare Inhalt zum Vorschein kommt: eine harte, glänzende Substanz, die in der Nachmittagssonne in blassen Blautönen schimmert wie reines arktisches Eis. Akiba, der Direktor der Fabrik, tritt bewundernd einen Schritt zurück. „Kirei“, sagt er, wunderschön.

Es handelt sich um die jüngste Charge des sogenannten E6, eines der leistungsfähigsten Spiegelgläser der Welt. Der östlich von Tokio gelegene Betrieb Chiba Kogaku stellt seit mehr als 50 Jahren Glas in handgefertigten Tonformen her. Die Technik geht auf das frühe 19. Jahrhundert zurück, als der Schweizer Linsenmacher Pierre-Louis Guinand erstmals Keramikrührer zum Mischen von geschmolzenem Glas verwendete. Dieses Verfahren lieferte ein Produkt, das frei von Blasen und ungeschmolzenen Stückchen war, also ideal für die Optik. 1965 optimierte das japanische Unternehmen Ohara Glass diese Technik. So entstand E6, ein sogenanntes Low-expansion-Glas (Glas mit geringer thermischer Ausdehnung), das für Ohara heute ausschließlich in Chiba Kogaku hergestellt wird.

Die Fertigung in einer Tonform, die etwa 800 Liter fasst, dauert ungefähr vier Monate. Zunächst muss das Gefäß von Hand modelliert werden. Dann gießen Arbeiter eine Mischung aus Siliziumdioxid, Boroxid, Aluminiumoxid und anderen Materialien hinein und erhitzen das Ganze auf 1500 Grad. Während des Schmelzprozesses muss das flüssige Glas mehr als zwei Tage lang regelmäßig gerührt werden, ehe es zum Abkühlen für zwei Wochen in eine temperaturgeregelte Kammer kommt. Beim Brechen des Tongefäßes wird die äußerste Schicht des Glases entfernt; zurück bleibt eine reine Substanz, die erneut eingeschmolzen und zu präzisen Formen gegossen werden kann, die selbst unter extremen Temperaturen konstant bleiben – daher das Lowexpansion im Namen.

Arbeiter in der japanischen Glasfabrik Chiba Kogaku zerschlagen ein Tongefäß, das einen 700 Kilogramm schweren Brocken hochreines E6-Glas enthält. Das nach einem jahrhundertealten Verfahren hergestellte Glas wird später an Wissenschaftler der University of Arizona in Tucson verschickt.

Foto von Christopher Payne

Millionen Anwendungen: Vom Teleskop bis zum Touchscreen

Diese Stabilität ist entscheidend, wenn es um Glasspiegel für große Teleskope geht. Der Markt für solch extrem teure Instrumente, die Astronomen den Blick in die Tiefen des Weltraums erlauben, ist beschränkt. So beschränkt, dass sämtliches in den letzten 42 Jahren produzierte E6, die gigantische Menge von 122 Tonnen, an einen einzigen Abnehmer geliefert wurde. Dabei ist E6 nur ein Beispiel dafür, wie Glas dazu beitragen kann, in neue Regionen vorzustoßen. De facto hat Glas in den letzten 50 Jahren mehr technologische und industrielle Entwicklungen erlebt als im vorhergehenden Jahrtausend. Dies veranlasste die Vereinten Nationen 2022 dazu, Glas als den zu 100 Prozent recycelbaren Baustein einzustufen, der Staaten am ehesten dazu verhelfen könnte, die geplanten Nachhaltigkeitsziele bis 2030 zu erreichen. Kurz gesagt: Wir sind in ein neues Glaszeitalter eingetreten, eines, in dem Wissenschaftler dieses uralte Material nutzen, um unser Leben grundlegend zu verbessern.

Hier, in der Fabrik, warnt mich Akiba davor, das gerade freigelegte Glas zu berühren, da dessen Oberfläche mit winzigen Scherben übersät ist. Während die Sonne hinter dem Horizont versinkt, verändert der massive Block beständig seine Farbe, schimmert erst in Topastönen, dann aquamarinblau und schließlich silbern. Ein Internet-Meme zeigt den Moment, in dem Kleinkinder ihre erste Brille bekommen. In jedem Video sieht man ein Kind, das weint oder verwirrt schaut, bis es – mit großen Augen – zum ersten Mal seine Eltern klar sehen kann. Alles dank einer Technologie, die vor mehr als 700 Jahren erfunden und seitdem von Milliarden Menschen genutzt wurde.

Brillen sind heute derart alltäglicher Bestandteil des Lebens, dass wir praktisch vergessen haben, welchen Einfluss die Erfindung optischer Linsen auf die Zivilisation hatte. Aber das gilt auch für die meisten anderen Dinge, mit denen Glas die menschliche Erfahrung tiefgreifend verändert hat. Man versuche nur einmal, sich ein Leben ohne Flaschen und Auflaufformen vorzustellen, ohne Spiegel und Fenster, ohne Glühlampen und Fernseher. Wer diesen Artikel auf einem Smartphone oder Tablet liest, hat auf einen gläsernen Touchscreen getippt und kann diese Worte dank Daten lesen, die über Glasfaserkabel übertragen wurden.

Techniker reinigen einen E6-Glasspiegel am Large Binocular Telescope auf dem Mount Graham in Arizona. Damit das zum Auffangen von Lichtsignalen aus dem Universum nötige Reflexionsvermögen erhalten bleibt, muss die Aluminiumbeschichtung des Spiegels alle zwei Jahre erneuert werden.

Foto von Christopher Payne

Die Rezeptur eines der ältesten Produkte der Zivilisation

Seit der Mensch vor rund 4500 Jahren entdeckte, wie man Glas herstellen kann, beeinflusst es unser Dasein in ständig wachsendem Maße. Zwar wissen wir nicht, wo genau Glas erstmals entstand, doch einige der frühesten Glasperlen und andere Schmuckstücke wurden in Mesopotamien gefunden. Historikern zufolge könnte das erste Glas ein zufälliges Nebenprodukt der Keramik- oder Metallherstellung gewesen sein. Eine im heutigen Irak entdeckte babylonische Tontafel enthält in Keilschrift eine der ältesten bekannten Glasrezepturen. Gleichgültig, ob antik oder modern – so gut wie jedes Glas beruht auf derselben Grundrezeptur: einer Mischung aus Quarzsand (Hauptbestandteil), Soda (um den Schmelzpunkt zu senken) und Kalk (zur Stabilisierung).

Doch ein Teil dessen, was Glas so besonders macht, ist eine Laune der Natur – das Ergebnis eines unterbrochenen Prozesses. Werden die Hauptbestandteile auf etwa 1000 Grad erhitzt (wobei der Schmelzpunkt je nach Glasart unterschiedlich ist) und kühlen dann ab, streben die Atome des Gemenges naturgemäß eine Kristallstruktur wie in einer Eisschicht oder einem Diamanten an. Stattdessen jedoch entsteht eine zufällige Konfiguration, die sich irgendwo zwischen Festkörper und Flüssigkeit bewegt und vor dem endgültigen Abkühlen und Aushärten geformt werden kann. Das Ergebnis nennt man einen amorphen Festkörper.

Dieser ungeordneten Molekularstruktur verdankt Glas seine Superkraft: eine chamäleonartige Anpassungsfähigkeit. Da die Atome nicht in ein bestimmtes Muster eingebunden werden müssen, kann seine Struktur bei hohen Temperaturen eine Vielzahl von chemischen Verbindungen aufnehmen. Solche Zusätze können unter anderem Farbe, Flexibilität, größere Hitzebeständigkeit und höhere Festigkeit bewirken. „Die Zusammensetzungen von Glas sind schier endlos, und seine Eigenschaften lassen sich immer wieder verändern“, erklärt Alicia Durán, Glasprofessorin am Spanischen Forschungsrat und ehemalige Präsidentin der Internationalen Glaskommission, die sich zusammen mit den Vereinten Nationen für das neue Glaszeitalter einsetzt, ein Begriff, den Durán häufig verwendet. „Die wichtigste Eigenschaft von Glas ist, dass es immer wieder neu hergestellt werden kann, geboren und wiedergeboren sozusagen, für denselben Verwendungszweck oder einen ganz anderen, und zwar wirklich endlos. Das ist“, betont Durán, „die Basis von Nachhaltigkeit.“

Das NATIONAL GEOGRAPHIC Magazin 02/24 ist seit dem 26. Januar erhältlich.

Foto von National Geographic

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