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Universität: Nanotechnologie kann Wasserstoff-Ökonomie fördern

Die staatliche Universität von New Jersey beschreibt, wie man dort die fein strukturierte Oberfläche des Metalls Iridium benutzt, um Wasserstoff aus Ammoniak zu gewinnen und einer Brennstoffzelle zuzuführen.

Nanotechnologie - diesen Begriff bringen die meisten Zeitungsleser heutzutage mit winzigen Mikro-Maschinen oder auch Computerchips in Verbindung. Eine nützliche chemische Reaktion haben sich unter diesem Namen Wissenschaftler in New Brunswick, US-Staat New Jersey erfolgreich erdacht. Das Journal der amerikanischen Chemiegesellschaft wird in seiner Ausgabe vom 20. April schildern, wie sich die Mitarbeiter der dortigen staatlichen Universität die besondere Beschaffenheit der Iridium-Oberfläche zu Nutze machen, um Energie zu gewinnen. Sie besteht aus Millionen winziger Pyramiden mit Flächen, die nur fünf Nanometer groß sind - das entspricht fünf Milliardsteln eines Meters. Diese Oberflächenstruktur kann dazu benutzt werden, um Ammoniak-Moleküle fest zu halten und sie einem effektiven Prozess der Zersetzung zu unterwerfen. Diese nano-strukturierten Oberflächen eignen sich auch für andere chemische Prozesse, die sich die chemische und pharmazeutische Industrie zu Nutze machen kann.

Bei der Verwendung von Wasserstoff als industriellen Treibstoff - zum Beispiel in Automobilen - haben Technologen bisher stets die Schwierigkeiten bei der Lagerung und dem Transport als Hindernis für eine optimale Ausnutzung erwähnt. Wasserstoff ist ein leichtes sowie leicht zu entflammendes Gas und würde normalerweise den Bau einer kompletten neuen Infrastruktur erfordern - ein äußerst kostspieliges Unterfangen. Der nunmehr entdeckte Prozess allerdings könnte zur Lösung der bisherigen Probleme beitragen und Kosten einsparen helfen.

Wenn es gelingt, bereits bekannte und etablierte Prozesse der Bindung von Wasserstoff an Stickstoff der Atmosphäre zur Herstellung von Ammoniak zu verwenden, dann könnte man eine Flüssigkeit erzeugen, die sich sehr ähnlich dem Umgang mit dem heutigen Automobil-Treibstoff handhaben ließe. Die nanostrukturierten Katalysatoren würden es gestatten, unter der Motorhaube eines Fahrzeuges je nach Bedarf Wasserstoff zu erzeugen. Der Stickstoff, der dabei frei werden würde, könnte ohne schädliche Nebenwirkungen zurück in die Atmosphäre entweichen.

Bei der Entwicklung industrieller Katalysatoren haben sich Wissenschaftler und Ingenieure traditionell auf die Frage konzentriert, wie schnell sich eine chemische Reaktion hervorrufen lässt. Die Autoren des Artikels im Journal der amerikanischen Chemiegesellschaft vom 20. April sind Ted Madey, Professor für Oberflächenwissenschaften in der Abteilung Physik der Rutgers-Universität und Wenhua Chen, Postdoctoral Research Fellow, sowie Physikstudent Ivan Ermanoski. Sie haben in dem Artikel detailliert beschrieben, wie eine flache Iridium-Oberfläche, die man in Anwesenheit von Sauerstoff erhitzt, ihre Form verändern kann und die erwähnten nano-großen Pyramiden aufweist. Diese Strukturen entstehen, wenn sich unter dem Einfluss der Kräfte benachbarter Sauerstoffatome Metall-Atome in ein enger gepacktes kristallines Gefüge einordnen. Das geschieht bei Temperaturen von über 300 Grad Celsius. Unterschiedliche Temperaturen führen dabei zur Bildung unterschiedlich großer Pyramidenflächen. Das wiederum spielt eine Rolle dabei, wie effektiv das Iridium die Dekomposition des Ammoniaks herbeiführt. Zur Zeit werden bei Rutgers zusätzliche Studien durchgeführt, um den geschilderten Prozess in größerem Detail zu verstehen und steuern zu können.

Die Rutgers-Forscher führen ihre Arbeit im Labor für Oberflächenveränderungen der Universität durch. Das erfordert das Verständnis von physikalischen, chemischen, materialwissenschaftlichen und ingenieurwissenschaftlichen Zusammenhängen. Die Arbeit wird zum Teil mit Forschungsgeldern des US-Energieministeriums unterstützt




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