Nano-Design, so genial wie die Natur
Forscher der Technischen Universität (TU) Wien koordinieren ein groß angelegtes EU-Projekt. Mit der Biologie als Vorbild sind sie auf dem Weg zu einer neuen, bionisch inspirierten Brennstoffzelle.
Jede lebende Zelle in unserem Körper kann es: bedeckt mit einer dünnen Membran, genannt Zellmembran oder Nanomembran, kann sie gezielt gewisse Stoffe herein und andere draußen lassen. Obwohl tausendfach dünner als das menschliche Haar ist diese Nanomembran in Aufbau und Funktion äußerst komplex. Drei Nobelpreise wurden bisher für ein besseres Verständnis dieser Nanomembranen verliehen.
Mikroskopisch kleine Kanäle leiten Wasser, elektrische Ladungen und Nährstoffe hin und her und schaffen dabei im Inneren der Zelle eine ausgewogene Balance. Dabei sind uns viele der Funktionen und Strukturdetails noch immer unbekannt, lediglich der Wasser- und Protonenaustausch ist besser erforscht. „Diese feinsten Kanäle der Zellmembranen mit ihrer Fähigkeit, selektiv Protonen zu leiten, funktionieren genauso wie die vom Menschen geschaffenen Brennstoffzellen“, erklärt Werner Brenner, „nur ist dieser Prozess in der Natur noch deutlich effizienter.“
Brennstoffzellen: Alternative zu Öl
Brennstoffzellen sieht man heute als ernstzunehmende Alternative zu Öl, das bisher die Basis für elektrische Energie und Mobilität ist. Die Ölreserven der Erde leeren sich jedoch rapide mit dem wirtschaftlichen Druck, immer tiefer in den Meeresboden vordringen zu wollen. Auch liefert die Ölverbrennung CO2, Ruß und andere Rückstände. Abfallprodukt der Brennstoffzelle ist lediglich Wasser.
Das EU-Projekt fokussiert auf das Design des Herzstücks jeder Brennstoffzelle, der Membran, die Protonen effizienter leiten soll als dies bisherige Lösungen können. „Erste Ergebnisse machen Mut. Es wird nicht trivial aber machbar. Die Natur schafft diese Strukturen seit Milliarden von Jahren und sie bewähren sich in jedem lebenden Organismus. Unsere Aufgabe ist die Übernahme der Struktur dieser natürlichen Nanokanäle in eine künstliche Nanomembran, selbst nur hundert Nanometer dick.“ erklärt Jovan Matovic.
Ein breites Feld von wissenschaftlichen Ansätzen - von der Festkörperphysik über die Nanotechnologie bis hin zur Chemie - sind für dieses Projekt nötig. Daher ist auch die internationale Kooperation von sechs Universitäten, Forschungsinstitutionen und Unternehmen von großer Bedeutung. Das EU-Projekt wird vom TU Wien Forschungsteam Ass.Prof. Dr. Werner Brenner, Dr. Jovan Matovic und Dr. Nadja Adamovic am Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme koordiniert.
Das TU-Forschungsteam ist sich sicher: “Der Output dieses Vorhabens soll von weitreichenderer Bedeutung sein für unsere Gesellschaft sein. Gelingt es, die Nanokanäle exakt nach Plan zu bauen, öffnen sich noch ganz andere Anwendungsfelder wie definierte Medikamentenabgabe, Wasserentsalzung oder auch neuartigen Sensoren.“ erläutert Nadja Adamovic, „Die Grenzen zwischen „künstlich und „natürlich“ werden im Projekt wieder ein Stück weit verschwimmen“.
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