News Innovation Quantensiebe revolutionieren Wasserstofftechnologie: Augsburger Forscher gelingt Durchbruch bei Isotopentrennung
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Dirk Volkmer von der Universität Augsburg hat einen entscheidenden Fortschritt bei der Trennung der Wasserstoffisotope Wasserstoff (H₂) und Deuterium (D₂) erzielt. Die bahnbrechenden Ergebnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Möglich wird diese hochpräzise Trennung durch sogenannte Quantensiebe – eine Technik, die auf einem quantenmechanischen Effekt namens Nullpunktsenergie basiert. Obwohl sich H₂ und D₂ in Größe und chemischem Verhalten nahezu gleichen, unterscheidet sie ihre Masse – ein Unterschied, der sich im Quantenmaßstab nutzen lässt.
Das Forscherteam konnte zeigen, dass das Material Mangantriazolat (Mn(ta)₂) – ein poröses Metall-Organisches Gerüstnetzwerk (MOF) – besonders effektiv darin ist, zwischen den beiden Isotopen zu differenzieren. Die MOF-Struktur wirkt dabei wie ein molekulares Sieb, das auf quantenmechanischer Ebene arbeitet und unterschiedliche Wechselwirkungen mit H₂ und D₂ eingeht.
Deuterium: Schlüsselrohstoff der Zukunft
Deuterium ist ein vielseitig einsetzbarer Rohstoff mit wachsender Bedeutung. Es gilt als ein zentraler Energieträger für die zukünftige Fusionsenergie, wird in der OLED-Technologie für höhere Effizienz und Langlebigkeit genutzt und dient in der biochemischen Forschung, NMR-Spektroskopie sowie als Moderator in Kernreaktoren.
Die effiziente Trennung von Deuterium aus natürlichen Wasserstoffvorkommen ist bislang jedoch energieintensiv und technisch anspruchsvoll. Die neuen Erkenntnisse aus Augsburg versprechen hier deutliche Fortschritte in Richtung einer energieeffizienten und wirtschaftlich tragfähigen Isotopengewinnung.
MOFs – vielseitige Materialien mit großem Potenzial
MOFs bestehen aus Metallionen und organischen Liganden, die sich modular zu hochporösen Strukturen zusammensetzen lassen. Durch gezielte Variation dieser Bausteine können Eigenschaften wie Porengröße, Oberflächenbeschaffenheit oder chemische Reaktivität angepasst werden – ideal für Anwendungen in der Gastrennung, Katalyse, Sensorik und Medizintechnik.
„Unsere Ergebnisse sind wegweisend, um den Einsatz von MOF für effiziente Trennungsverfahren von Deuterium und Wasserstoff voranzutreiben“, erklärt Prof. Volkmer. „Gerade vor dem Hintergrund der stark steigenden Wasserstoffproduktion könnten sich solche Verfahren als Schlüsseltechnologien für die Rohstoff- und Energieversorgung der Zukunft erweisen.“