Ein internationales Forschungsteam, angeführt von Wissenschaftlern der TU Dortmund und der University of Birmingham, hat heute einen entscheidenden Durchbruch in der Materialwissenschaft bekannt gegeben. Durch den Einsatz jahrhundertealter Glasmacher-Tricks ist es gelungen, sogenannte Metal-Organic Framework (MOF) Gläser so zu modifizieren, dass sie erstmals für die großflächige CO2-Abscheidung und Wasserstoffspeicherung in der Industrie eingesetzt werden können.
Das Dilemma der „molekularen Schwämme“
Metal-Organic Frameworks, kurz MOFs, gelten seit ihrer Entdeckung als Wunderwaffen im Kampf gegen den Klimawandel. Diese hochporösen Materialien wirken wie mikroskopische Schwämme, die gezielt Gase wie Kohlendioxid aus der Luft filtern oder Wasserstoff hocheffizient speichern können.
Das Problem: Bisherige MOFs waren meist instabile kristalline Pulver. Die stabilere Variante – MOF-Gläser – ließ sich zwar schmelzen, aber nur bei extrem hohen Temperaturen, die das Material oft zerstörten, bevor es verarbeitet werden konnte. Eine industrielle Formgebung, etwa zu dünnen Filtern oder Membranen, war damit über ein Jahrzehnt lang praktisch unmöglich.
Die Lösung: Antike Chemie für die Zukunft
Die Forscher der TU Dortmund wandten einen Trick an, der bereits im antiken Rom zur Glasherstellung genutzt wurde: Sie fügten dem Material gezielte „Netzwerk-Wandler“ wie Natrium- oder Lithiumverbindungen hinzu.
Dieser Kniff senkt den Schmelzpunkt der MOF-Gläser drastisch, ohne deren wertvolle Porenstruktur zu zerstören.
- Formbarkeit: Das Material kann nun bei moderaten Temperaturen wie herkömmliches Glas geformt, extrudiert oder zu feinen Fasern gezogen werden.
- Erhöhte Kapazität: Durch ein anschließendes „Herauslösen“ (Leaching) der Natrium-Ionen vergrößert sich das Porenvolumen um zusätzliche 26 %, was die Filterleistung massiv steigert.
Warum dieser Durchbruch heute relevant ist
Der Zeitpunkt der Entdeckung ist kritisch. Mit den verschärften Klimazielen für 2030 sucht die Industrie händeringend nach effizienten Wegen zur Dekarbonisierung.
- Direct Air Capture (DAC): Die neuen MOF-Glas-Membranen können direkt in Industrieschornsteine oder Filteranlagen integriert werden, um CO2 abzufangen, bevor es in die Atmosphäre gelangt.
- Wasserstoff-Wirtschaft: MOF-Gläser ermöglichen die Speicherung von Wasserstoff bei deutlich niedrigerem Druck und höheren Temperaturen als bisherige Stahltanks, was den Transport sicherer und günstiger macht.
- Wassergewinnung: In ersten Tests konnten die Materialien sogar Feuchtigkeit aus extrem trockener Wüstenluft ziehen – ein Hoffnungsschimmer für wasserarme Regionen.
„Wir haben die Brücke von der Grundlagenforschung zur industriellen Anwendung geschlagen“, so das Forschungsteam in der heute veröffentlichten Mitteilung. „Was bisher ein Laborkuriosum war, wird nun zu einem echten Werkzeug für die klimaneutrale Transformation der Industrie.“
Ausblick: Skalierung ist der nächste Schritt
Nach der erfolgreichen Veröffentlichung in Fachmagazinen wie Nature Chemistry liegt der Fokus nun auf der Skalierung. Die TU Dortmund kooperiert bereits mit ersten Partnern aus der Chemiebranche, um Testanlagen für die Produktion der neuen Hochleistungsfilter zu errichten.
Damit rückt eine Zukunft, in der CO2 nicht mehr nur ein Abfallprodukt, sondern ein recycelbarer Rohstoff ist, ein bedeutendes Stück näher.