A jövő környezetvédelmének kulcsáért járt az idei kémiai Nobel-díj

Az idei kémiai Nobel-díjat három tudós – Kitagava Szuszumu japán, Richard Robson brit és Omar M. Yaghi, jordániai születésű amerikai kutató – kapta a fémorganikus térhálók (angol rövidítéssel: MOF-ok) kifejlesztéséért. Ez a forradalmi felfedezés nemcsak a kémia világát alakíthatja át, hanem az emberiség egyik legégetőbb problémájára, a környezeti fenntarthatóságra is új megoldásokat kínál.

Egy háromdimenziós molekulakaptár

A díjazott kutatók olyan anyagot hoztak létre, amelyet Perczel András akadémikus, Széchenyi-díjas kémikus úgy jellemzett: „képzeljünk el egy tyúkketrecet vagy kerítést – csak éppen három dimenzióban”. A fémorganikus térhálók lényegében nanoszkopikus méretű, rácsos szerkezetű vázak, amelyek szerves molekulák és fémionok precízen megtervezett kapcsolódásából épülnek fel. Az eredmény: egy szivacsszerű, ugyanakkor rendezett és tervezhető anyag, amelyben hatalmas mennyiségű üreg, vagyis szabad tér található.

Ez a „molekulaketrec” hatalmas belső felülettel rendelkezik – egyetlen gramm ilyen anyagnak akár több száz négyzetméternyi aktív felülete is lehet. Ebbe a szerkezetbe gázmolekulák, folyadékok vagy akár szennyező anyagok is be tudnak jutni, meg tudnak kötődni, majd ellenőrzött körülmények között visszanyerhetők.

Levegőből vizet – akár a sivatagban is

A fémorganikus térhálók egyik leglátványosabb alkalmazása a víznyerés a levegő páratartalmából. A kutatók már kipróbálták: nappal a sivatag száraz levegőjében elnyeli a nedvességet az anyag, majd éjszaka, a hűvösebb levegő hatására kondenzált vizet ad le – ivóvizet ott, ahol korábban ez elképzelhetetlen volt.

Ez az egyszerű, de zseniális elv egy új korszak kezdetét jelentheti az ivóvízhiányos területek számára. A jövőben ilyen „molekulakaptárak” segítségével akár városi épületek, háztetők vagy napelemparkok mellé telepített rendszerek biztosíthatják a napi vízellátást. A folyamat ráadásul nem igényel külső energiát, így zéró kibocsátású technológiáról van szó – igazi zöld megoldás a klímaváltozás korában.

Szén-dioxid, metán és más üvegházgázok csapdában

A fémorganikus anyagok másik óriási lehetősége a gázmegkötés, vagyis az üvegházgázok – például a szén-dioxid és a metán – kiszűrése és tárolása. Az anyag a belső pórusai segítségével hatékonyan elnyeli ezeket a molekulákat, és a felvett mennyiség hő hatására visszanyerhető, újrahasznosítható.

Ez a technológia forradalmasíthatja az ipari kibocsátáscsökkentést: a hőerőművek, gyárak vagy akár autók kipufogógázából is kivonhatók a káros gázok, mielőtt azok a légkörbe jutnának. A jövő városaiban ilyen „gázcsapdákat” telepíthetnek az ipari zónák köré, vagy akár a közlekedési útvonalak mentén.

A közlekedés zöld forradalma

A Nobel-díjas felfedezés nem áll meg a levegő tisztításánál: az autóipar és a közlekedés is hatalmas nyertese lehet. A fémorganikus ketrecek ugyanis képesek a hidrogén tárolására, méghozzá a jelenlegi kompressziós eljárásoknál jóval hatékonyabban.

A hidrogén mint energiahordozó óriási potenciált rejt a zéró kibocsátású közlekedésben, ám eddig komoly korlátot jelentett, hogy a hidrogén sűrített formában is alacsony energiasűrűségű.

Más szóval: sok helyet foglal, kevés energiát ad. A fémorganikus szerkezetek azonban új dimenziót nyitnak a tárolásban – a gázt molekuláris szinten, a rács üregeiben kötik meg, így sokkal több hidrogén fér el ugyanakkora térfogatban.

Ennek köszönhetően a jövő hidrogénmeghajtású autói akár 500–1000 kilométert is megtehetnek egy feltöltéssel, vagyis versenyképesek lehetnek a hagyományos, benzines járművekkel. Az egyik díjazott kutatócsoport már épített is egy prototípust, amellyel körbeautózták a Földet – ezzel is bizonyítva, hogy a technológia nem csupán elmélet, hanem a gyakorlatban is működik.

Szűr, válogat, újrahasznosít

A fémorganikus térhálók sokoldalúsága lenyűgöző. Képesek bizonyos molekulákat átengedni, másokat visszatartani, így akár szelektív szűrőként is működhetnek. A jövőben ilyen anyagok szolgálhatják a víztisztítást, a levegőszűrést, vagy akár a gyógyszeripari molekulák elválasztását is.

Az ipar számára mindez azt jelenti: energiahatékonyabb, környezetkímélőbb folyamatok válhatnak elérhetővé. A szén-dioxid megkötésétől a hulladékgázok feldolgozásán át a víztisztításig számos alkalmazásban válhat ez az anyag kulcsszereplővé.

A fémorganikus ketrecek fejlesztése még csak most kezd igazán kibontakozni. Az elkövetkező években várhatóan olcsóbb, tartósabb és még hatékonyabb változatok jelennek meg, amelyek ipari méretben is alkalmazhatók lesznek. Az egyetemek és kutatóintézetek mellett már nagyvállalatok is versenyeznek a technológia hasznosításáért – a környezetvédelmi ipar új korszaka van születőben.

Forrás: Infostart
Nyitókép: Pixabay

Írja meg Facebook oldalunkra, hogy mit gondol erről a témáról!

https://www.facebook.com/greenponthu/