UniPressedienst Verantwortlich: PressestellederUniversitätAugsburg KlausP.Prem,MichaelHallermayer 86135Augsburg Telefon0821/598-2096 [email protected] [email protected] www.presse.uni-augsburg.de 31/17–2.März2017 EinFilterfürschwerenWasserstoff MiteinerfunktionalisiertenMetall-organischenGerüstverbindung(MOF)lassen sichDeuteriumundTritiumrelativeinfachvonnormalemWasserstofftrennen Stuttgart/Augsburg/PH/KPP-DeuteriumundTritiumsindStoffemitZukunft,machensichaber rar.DieschwerenIsotopedesWasserstoffsfindennichtnurzahlreicheAnwendungeninder Wissenschaft,sondernkönntenalsBrennstoffederKernfusionzumEnergiemixvonmorgen beitragen.DeuteriumistzudemBestandteileinigerMedikamente,diegeradedas ZulassungsverfahrenindenUSAdurchlaufen.SieausdernatürlichenIsotopenmischungdes Wasserstoffszufiltern,istbislangjedochaufwendigundteuer.WissenschaftlerderStuttgarter Max-Planck-InstitutefürIntelligenteSystemeundfürFestkörperforschung,derUniversitätLeipzig, derJacobsUniversityBremen,derUniversitätAugsburgsowievomOakRidgeNationalLaboratory (USA)könnendavielleichtAbhilfeschaffen.SiestellenimFachmagazinNatureCommunications einemetallorganischeGerüstverbindung-kurzMOFfürmetalorganicframework-vor,mitdersich diebeidenIsotopeeffizientervomGrosdesnormalenWasserstoffstrennenlassenalsmitden bisherigenMethoden. InMedikamentenhatDeuteriumeinenlebensverlängerndenEffekt,wennauchzunächstnurfür denWirkstoffselbst.DenndermenschlicheStoffwechselbautMoleküle,diedasIsotopmitder doppeltenWasserstoffmassetragen,langsamerabalsdiegleicheSubstanz,wennsiemit normalemWasserstoffgemachtist.DaherlassensichdeuteriumhaltigeArzneimittelniedriger dosieren,sodasssichauchihreNebenwirkungenverringern.Deuteriummischtzudemebenso wiedasnochschwerereradioaktiveTritiumbeiderKernfusionmit.DieserProzessbringtdie SternezumLeuchten,sollaberaucheinmalinentsprechendenKraftwerkenablaufen.Dennin ihmverschmelzenAtomkernemiteinanderunderzeugendabeieinegroßeMengeEnergie. WährendDeuteriuminderPharmazieerstseitkurzerZeitgenutztwirdundseinmöglicher EinsatzinderEnergieversorgungnochinderZukunftliegt,findetesinderWissenschaftschon langeVerwendung.ZumBeispielumdenWegvonNährstoffendurchdenStoffwechselzu verfolgen.„DeuteriumundingewissemMaßeauchTritiumsindalsofüreinigeAnwendungen nützlich“,sagtMichaelHirscher,deralsLeitereinerForschergruppeamMax-Planck-Institutfür IntelligenteSystemeanderaktuellenArbeitmaßgeblichbeteiligtwar.„Bislangistesallerdings UPD31/17,Seite1von2 sehraufwendig,DeuteriumvomleichtenWasserstoffzutrennen.“ EineMetall-organischeGerüstverbindungalsDeuterium-FilterspartEnergie SowirdetwaDeuteriumausschwerem,alsodeuteriumhaltigemWassergewonnen,daszu0,15 PromilleinnatürlichemWasserenthaltenist.MiteinerKombinationchemischerund physikalischerVerfahrenwieetwaderDestillationwirdzunächstdasschwereWasserisoliert undanschließendDeuterium-Gaserzeugt.Dasistsoaufwendigundenergieintensiv,dassein GrammDeuteriumvon99,8ProzentReinheitetwa100Eurokostet.Damitistderschwere BruderdesWasserstoffsrunddreiMalteureralsGold,obwohlDeuteriuminjedemGewässer undanderErdoberflächeinsgesamtmehrals300MalhäufigeralsdasEdelmetallzufindenist. „MitunsererMetall-organischenGerüstverbindungdürfteesnuneinfacherundweniger energieintensivwerden,DeuteriumausdemnatürlichenGemischderWasserstoffisotopezu isolieren“,sagtDirkVolkmer,dessenMitarbeiteramLehrstuhlfürFestkörperchemieder UniversitätAugsburgdasMaterialsynthetisierthaben.IneinerMetall-organischen Gerüstverbindung,englisch„metal-organicframework“oderkurz„MOF“,werdenMetall-Ionen durchorganischeMolekülezueinemKristallmitrelativgroßenPorenvernetzt,weshalbsolche StoffebezogenaufihrGewichtgroßeMengenGasaufnehmenkönnen. InderVerbindung,diedasForscherteamnunalsFilterfürDeuteriumundauchfürTritium vorstellen,bildenZink-undKupferionendiemetallischenKnotenpunkte.Bereits2012hatten dieWissenschaftlereineMetall-organischeGerüstverbindungpräsentiert,diealsmetallische KomponenteausschließlichZinkenthieltundebenfallsDeuteriumausdemnatürlichen Isotopengemischfiltert–allerdingsnurbeiminus223GradCelsius. KupferstattZink,undderFilterlässtsichmitflüssigemStickstoffkühlen DieAugsburgerChemikerersetzteneinenTeilderZink-daherdurchKupferatome,deren Elektronenhüllesogebautist,dassdasMaterialbeihöherenTemperaturenundselektiver Deuteriumfiltert.DasbestätigtenMichaelHirscherundseineMitarbeiteramMax-PlanckInstitutfürIntelligenteSystemeunddieForscheramOakRidgeNationalLaboratoryin verschiedenenTestsbewiesen.UnteranderemprüftensiebeiverschiedenenTemperaturen,in welchenMengendasMaterialDeuteriumundnormalenWasserstoffauseinemGemischmit gleichenAnteilenderbeidenIsotopeaufnimmt.Demnachspeichertesbeiminus173Grad CelsiuszwölfMalmehrDeuterium.„BeidieserTemperaturlässtsichderTrennprozessmit flüssigemStickstoffkühlenundwirddadurchkostengünstigeralsdieVerfahren,dienurbei wenigeralsminus200Gradfunktionieren“,sagtMichaelHirscher. BeiderInterpretationderverschiedenenMessergebnissehalfendieBeiträgedertheoretischen ChemikerumThomasHeine,dervorkurzemeinenLehrstuhlanderUniversitätLeipzig übernommenhat,nachdemervorheranderJacobsUniversityBremengelehrthatte.„Mit unserenBerechnungenkonntenwirdieverschiedenenexperimentellenPuzzleteilezueinem konsistentenGesamtbildzusammenführen“,sagtderWissenschaftler. UPD31/17,Seite2von3 DieMetall-organischeGerüstverbindungmussnochmehrGasaufnehmen WiedieAnalysederDatenfürDeuteriumundWasserstoffergab,stimmtendieExperimenteund dieVorhersagenderRechnungensehrgutüberein.DasmachtdieTheoretikerzuversichtlich, dassderTeilihrerRechnungen,diesichnichteinfachexperimentellüberprüfenlassen,genauso aussagekräftigsind.„DannstimmenwahrscheinlichauchunsereBerechnungenfürTritium,was sichinExperimentenabernuruntergroßenSicherheitsvorkehrungenüberprüfenlässt“,sagt ThomasHeine. AuchdasradioaktiveWasserstoff-IsotopfiltertdasMaterialdemnachsehreffektivauseinem GemischderIsotope.DasdürfteauchfüreineAnwendunginteressantsein,beideresnicht darumgehtdasIsotopzugewinnen,sondernloszuwerden.DennWasserausKernkraftwerken, auchdas,mitdemdieReaktorenvonFukushimabeiderKatastropheimJahr2011geflutet wurden,enthältTritium.MitderneuenMetall-organischenGerüstverbindungergibtsich vielleichteineMöglichkeit,dieseradioaktivenAltlastenzubeseitigen.Allerdingsmüsstedas radioaktivverseuchteWasserdafürzunächstelektrolysiert,werdenumdietritiumhaltigen WassermoleküleintritiumhaltigesWasserstoffgasumzuwandeln.BevorTritiumundDeuterium mitgroßporigenKristallenjedochinderPraxisausdemIsotopengemischdesWasserstoffs gefiltertwerdenkann,müssendieWissenschaftleresallerdingsnochweiterentwickeln–nicht zuletzt,damitesnochmehrGasaufnimmt.PH UPD31/17,Seite3von3
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