Schnellere CO2-Speicherung als Bäume
Ein neuartiges poröses Material aus hohlen, käfigartigen Molekülen, das Kohlendioxid und andere Treibhausgase speichern kann, wurde von einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der Heriot-Watt University in Edinburgh entwickelt. Forschende begrüßten die „aufregende“ Entdeckung und sagten, das Material könne helfen, „die größten Herausforderungen der Gesellschaft zu lösen“. Das Material weist hohe Speicherkapazität für Treibhausgase wie Kohlendioxid und Schwefelhexafluorid auf – ein noch stärkeres Gas als CO2, das sich über Tausende von Jahren in der Atmosphäre halten kann.
Wasserdampf-, CO2– und Rauchausstoß in Berlin – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify
Dr. Mark Little, der die Forschungsarbeiten an der Heriot-Watt University in Edinburgh leitete, sagte am 29.04.2024, die Entdeckung habe das Potenzial, „zur Lösung der größten Herausforderungen der Gesellschaft beizutragen. Die direkte Abscheidung von Kohlendioxid aus der Luft wird immer wichtiger, denn selbst wenn wir aufhören, Kohlendioxid zu emittieren, besteht immer noch ein enormer Bedarf, frühere Emissionen, die bereits in der Umwelt sind, abzuscheiden.“
Mithilfe von Computersimulationen konnten die Forscher genau vorhersagen, wie sich die Moleküle zu dem neuen Material zusammensetzen würden, was laut Dr. Little in Zukunft durch den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) noch verbessert werden könnte.
Er fügte hinzu, dass dank der KI ein „noch nie dagewesener Vorrat an neuen Materialien“ geschaffen worden sein könnte, die bei der Lösung der dringendsten Probleme helfen könnten, ohne dass sie in einem Labor hergestellt werden müssen. Er bezeichnete die Studie als „wichtigen Schritt“ bei der Entwicklung anderer Materialien und fügte hinzu, dass Moleküle mit komplexen Strukturen auch dazu verwendet werden könnten, giftige Verbindungen – so genannte flüchtige organische Verbindungen – aus der Luft zu entfernen und eine wichtige Rolle in der medizinischen Wissenschaft spielen könnten.
Die in Nature Synthesis veröffentlichten Forschungsergebnisse zeigen, wie die Wissenschaftler hohle, käfigartige Moleküle mit hoher Speicherkapazität für Treibhausgase wie Kohlendioxid und Schwefelhexafluorid geschaffen haben. Schwefelhexafluorid etwa ist ein stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid und kann sich Tausende von Jahren in der Atmosphäre halten. „Das ist eine aufregende Entdeckung, denn wir brauchen neue poröse Materialien, um die größten Herausforderungen der Gesellschaft zu lösen“, sagte Dr. Marc Little, Experte für poröse Materialien und Assistenzprofessor am Institut für Chemische Wissenschaften der Heriot-Watt University.
Die Käfigmoleküle wurden mit anderen Käfigen zusammengesetzt, um eine neue Art von porösem Material zu schaffen, das nach Angaben der Wissenschaftler das erste seiner Art mit einer porösen „Käfig-aus-Käfig“-Struktur ist.
Bäume zu pflanzen sei zwar eine sehr wirksame Methode, um Kohlenstoff zu binden, aber sie ist sehr langsam. Wir brauchen also ein menschliches Eingreifen – wie vom Menschen geschaffene Moleküle – um Treibhausgase schneller und effizienter aus der Umwelt zu binden.
Treibhausgase sind einer der Hauptfaktoren, die für die globale Erwärmung und den Klimawandel verantwortlich sind. Sie wirken wie die Wände eines Treibhauses und halten die Wärme in der Erdatmosphäre zurück. Während Kohlendioxid auf natürliche Weise freigesetzt wird, ist Schwefelhexafluorid ein vom Menschen erzeugtes Gas, das die Wärme sehr effektiv einfängt.
2019 wurde das Vereinigte Königreich die erste große Volkswirtschaft, die sich gesetzlich dazu verpflichtet hat, bis 2050 keine Treibhausgasemissionen mehr zu verursachen.
Der Materialwissenschaftler Dr. Marc Little, Assistenzprofessor am Institut für Chemische Wissenschaften der Heriot-Watt University und Experte für poröse Materialien, leitete die Forschungsarbeiten.
Er sagte: „Das ist eine aufregende Entdeckung, denn wir brauchen neue poröse Materialien, um die größten Herausforderungen der Gesellschaft zu lösen, wie z. B. die Abscheidung und Speicherung von Treibhausgasen“.
Spezialisten für Computermodellierung am Imperial College London und an der Universität Southampton erstellten Simulationen, um dem Team zu helfen, zu verstehen und vorherzusagen, wie sich ihre Käfigmoleküle zu dieser neuen Art von porösem Material zusammensetzen würden.
Zum Team gehörten auch Professor Kim Jelfs vom Department of Chemistry des Imperial College und dem Institute for Digital Molecular Design and Fabrication (DigiFAB) sowie Professor Andy Cooper von der University of Liverpool und der Materials Innovation Factory. Professor Jelfs und Professor Cooper sind die Co-Leiter des kürzlich mit 12 Millionen Pfund finanzierten britischen AI for Chemistry Hub, einer von der britischen Regierung unterstützten Initiative zur Förderung der Zusammenarbeit zwischen Chemie- und KI-Forschern.
Dr. Little fügte hinzu: „Die Kombination von Berechnungsstudien wie der unseren mit neuen KI-Technologien könnte ein noch nie dagewesenes Angebot an neuen Materialien zur Lösung der dringendsten gesellschaftlichen Herausforderungen schaffen, und diese Studie ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung.“
Die Forschung wurde vom Engineering and Physical Sciences Research Council durch den Digital Navigation of Chemical Space for Function Programme Grant und vom Leverhulme Trust durch das Leverhulme Research Centre for Functional Materials Design finanziert. Das Projekt wurde auch von der Forschungseinrichtung Diamond Light Source, der Universität Southampton, dem Horizon 2020-Forschungsprogramm der Europäischen Union und The Royal Society unterstützt.
Dr. Little fügte hinzu, dass Moleküle mit komplexen Strukturen auch dazu verwendet werden könnten, giftige Verbindungen, die als flüchtige organische Verbindungen bekannt sind, aus der Luft zu entfernen und eine wichtige Rolle in der medizinischen Wissenschaft spielen könnten.
„Wir sehen diese Studie als einen wichtigen Schritt, um solche Anwendungen in der Zukunft zu erschließen“, sagte er.
Dr. Little hat mehr als 50 Forschungsarbeiten über poröse Materialien veröffentlicht. Er hat an der Universität Leeds in Chemie promoviert und war als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Liverpool tätig, bevor er im vergangenen Jahr an die älteste technische Uniersität der Welt, die Heriot-Watt-Universität wechselte.
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