Isotopen einfacher trennen

Von Katharina Moser, Windhoek

Wasserstoff – das ist für viele schlicht und einfach ein Synonym für die Energie der Zukunft. Allerdings handelt es sich bei dem Wunderwerkzeug um ein komplexeres Atom, als es sich der ein oder andere Physikmuffel gerne wünschen würde: Wasserstoff tritt in der Natur in drei Isotopen auf – als Protium, Deuterium oder Tritium. Als Isotope bezeichnet man die verschiedenen Atomarten desselben chemischen Elements. Isotope desselben Elements haben in ihren Atomkernen gleich viele Protonen, aber unterschiedlich viele Neutronen. Protium ist die Form, unter der wir umgangssprachlich „Wasserstoff“ erstehen. Deuterium wird auch „schwerer“ Wasserstoff genannt und ist wichtig zur Entwicklung stabilerer und wirksamerer Arzneistoffe. Und Tritium, der „superschwere“ Wasserstoff, dient als Brennstoff bei der nachhaltigen Energieerzeugung der Zukunft, der sogenannten Kernfusion.

Die Herausforderung bei der Nutzung aller drei Formen: die effektive und gleichzeitig kostengünstige Bereitstellung dieser Isotope in hochreiner Form. Bislang sind die gängigen Trennungsverfahren nicht sehr effizient und enorm energieaufwändig. Einer Lösung dieses Problems ist nun Team der Universität Leipzig und der Technischen Universität Dresden ist im Rahmen der Forschungsarbeiten des Graduiertenkollegs 1,2,3H nähergekommen, wie unter anderem das Wissenschaftsportal Chemie.de berichtete.

„Seit knapp 15 Jahren war bekannt, dass poröse, metallorganische Gerüstverbindungen prinzipiell zur Reinigung und Trennung der Wasserstoffisotope genutzt werden können. Dies gelang bisher aber nur bei sehr tiefen Temperaturen, bei etwa minus 200 Grad Celsius – Bedingungen also, die industriell nur sehr kostspielig umgesetzt werden können“, erklärt Prof. Dr. Knut Asmis vom Wilhelm-Ostwald Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Leipzig und Sprecher des Graduiertenkollegs gegenüber Chemie.de.

Den Doktorand:innen des Graduiertenkollegs 1,2,3H, Elvira Dongmo, Shabnam Haque und Florian Kreuter, die jeweils Mitglied in einer der Forschungsgruppen von Prof. Dr. Thomas Heine (TU Dresden), Prof. Dr. Knut Asmis und Prof. Dr. Ralf Tonner-Zech (beide Universität Leipzig) sind, sei nun ein tieferer Einblick in den Einfluss der Gerüstumgebung auf die Bindungsselektivität gelungen. Dies hätten die Forscher in der vorliegenden Studie durch ein synergetisches Zusammenspiel zwischen modernster Spektroskopie, quantenchemischen Berechnungen und chemischer Bindungsanalyse an einem Modellsystem im Detail entschlüsselt, so Chemie.de. „Damit konnten wir erstmals zeigen, welchen Einfluss die einzelnen Atome der Gerüstverbindungen bei der Adsorption haben. Wir können sie nun gezielt optimieren, um Materialien mit hoher Selektivität bei Raumtemperatur zu erreichen“, sagte Heine. Das ist zumindest ein großer Schritt in der Forschung, um in Zukunft Isotopen womöglich tatsächlich bei Raumtemperatur trennen zu können.