Zuckermolekül entfernt selektiv Trichlorfluormethan aus der Luft und schließt es ein Zucker bindet "Ozonkiller" - scinexx | Das Wissensmagazin
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Zuckermolekül entfernt selektiv Trichlorfluormethan aus der Luft und schließt es ein

Zucker bindet „Ozonkiller“

Das ozonzerstörende Trichlorfluormethan ist seit Jahrzehnten verboten, wird aber illegal noch immer freigesetzt. © HG: NASA

Süßer Schadstoff-Fänger: Ein Zuckermolekül könnte dabei helfen, die Ozonschicht zu bewahren. Denn es fängt das ozonschädliche Trichlorfluormethan aus der Luft und hält es in seinem Inneren fest, wie Experimente belegen. Wenn man diesen Zucker beispielsweise in Filtern einsetzt, entfernt er effektiv das FCKW aus der durchströmenden Luft. Das könnte dazu beitragen, diesen in Asien noch immer illegal freigesetzten „Ozonkiller“ einzufangen, wie die Forscher berichten.

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) wurden jahrzehntelang in enormen Mengen als Kältemittel und Treibgas eingesetzt. Doch seit dem Montreal-Protokoll von 1987 sind sie als „Ozonkiller“ entlarvt und verboten. Denn diese halogenhaltigen Verbindungen lösen in der Ozonschicht eine zerstörerische Kettenreaktion aus. Seither schrumpft das Ozonloch über den Polen zwar wieder, aber gerade in den gemäßigten Breiten dünnt die Ozonschicht weiter aus.

Illegale Freisetzung

Einer der Gründe dafür: Trotz des Verbots gelangt offenbar noch immer verbotenes Trichlorfluormethan (CFC-11) in die Atmosphäre. Dieses Gas ist nicht nur ein „Ozonkiller“, es hat auch ein 4.750-fach höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid auf und trägt damit zum, anthropogenen Klimawandel bei. „Ein angemessener Umgang mit diesem umweltschädlichen Stoff ist daher nicht nur von wissenschaftlichen, sondern vor allem auch von öffentlichem Interesse“, sagt Seniorautor Siegfried Waldvogel von der Universität Mainz.

Die Hauptquelle des verbotenen FCKWs haben Forscher erst vor kurzem in Ostasien lokalisiert. Sie vermuten, dass das Trichlorfluormethan illegal für die Produktion von Polyurethanschaum produziert und genutzt wird – unter anderem in China. Aber auch bei der unsachgemäßen Entsorgung alter Kühlgeräte könnte dieses FCKW freiwerden. Eine Möglichkeit, dies zu verhindern, haben nun Waldvogel und sein Team entwickelt.

Ein Zuckermolekül könnte Trichlorfluormethan aus der Luft filtern helfen. Abbildung von der Titelseite des Fachjournals Global Challenges. © Ryvlin et al./ Global Challenges, doi: 10.1002/gch2.201800057

Ringförmige FCKW-„Fänger“

Die Forscher hatten gezielt nach Molekülen gesucht, die das Trichlorfluormethan „einfangen“ und damit aus der Luft entfernen können. „Mit bisherigen Technologien ist ein solche selektive Entfernung spezifischer FCKWs wie dem Trichlorfluormethan entweder gar nicht möglich oder nur unter großem Aufwand und Kosten“, erklären Waldvogel und seine Kollegen.

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Doch nun sind sie fündig geworden – bei einem Zucker aus der Gruppe der Cyclodextrine. „Diese ringförmigen Oligosaccharide besitzen ein hydrophobes Inneres und ein hydrophiles Äußeres“, erklären die Forscher. Wie eine Art Käfig können diese Zucker dadurch Kohlenwasserstoffe in sich aufnehmen und sie dort durch Bindungen mit ihren hydrophoben Innenstrukturen festhalten. Wie die Wissenschaftler herausfanden, eignet sich das permethylierte α-Cyclodextrin besonders gut, um Trichlorfluormethan zu binden.

Nachhaltiges Filtermaterial

Der Innenraum des Ringmoleküls hat genau die richtige Größe für das FCKW, wie Waldvogel und sein Team herausfanden. In Experimenten erwies sich dieser Zucker bereits als effektiver FCKW-Fänger sowohl aus der Luft als auch aus Flüssigkeiten: „Er bildet in weniger als einer Stunde eine stabilen supramolekularen Komplex in Form von transparenten, farblosen Kristallen“, berichten die Forscher.

Ein weiterer Vorteil: Der Prozess der CFC-11-Bindung ist reversibel und das Adsorptionsmittel kann unter kontrollierten Bedingungen vollständig regeneriert werden. Dadurch kann der FCKW-Fänger mehrfach wiederverwendet werden.

„Das ebnet den Weg zur Herstellung günstiger, wiederverwendbarer und daher hochgradig nachhaltiger Filterelemente für das umweltschädliche Trichlorfluormethan“, konstatieren die Forscher. (Global Challenges, 2018; doi: 10.1002/gch2.201800057)

(Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 31.08.2018 – NPO)

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