Story: Unterschied zwischen den Versionen

Ein Chemiker mit Kittel, Schutzbrille und Schutzhandschuhen, der im Labor, genauer in einem Abzug, mit allerlei Gerätschaften und womöglich auch Chemikalien herumexperimentiert.

Dieses Labor sieht ziemlich sauber aus, aber die meisten bringen Chemie eher mit Gift, gefährlichen Abfällen oder Abgasen und auch Explosionen in Zusammenhang.

Okay, die Explosion ist sicherlich eher ein Wunsch, denn das wird wohl von Schülern als der interessanteste Teil der Chemie angesehen. In der Schule sind Explosionen aber - für einige vermutlich "leider" - nicht die wichtigsten Experimente.

Wenn man von "Chemie" spricht oder sagt, etwas ist "chemisch" wird das meistens als nicht so gut eingeschätzt und als Widerspruch zu "natürlich" angesehen. Das das nicht der Fall ist, wirst du im Laufe deines Chemie-Unterrichts noch kennenlernen. Denn, auch wenn es ein wenig übertrieben klingt: "Chemie ist nicht alles, aber alles ist Chemie"

Die Frage, was Chemie eigentlich genau ist, wirkt im ersten Moment ganz einfach. Ein Chemiker oder ein Chemielehrer sollte sie doch ohne weiteres beantworten können! Aber leider ist die Antwort auf diese Frage alles andere als klar. Und trotzdem versuchen wir, ein wenig Licht in das Dunkel zu bringen.

“Chemie

• ist die Wissenschaft der Stoffe
• ihres Aufbaus
• ihrer Eigenschaften
• und der Reaktionen, welche sie in andere Stoffe umwandeln.”

 Linus Pauling , Nobelpreis für Chemie 1954

Dieser Stoff ist keine Erfindung, die man zufällig erfunden hat. Hier wurde gezielt gesucht und eine Art Schwamm aus einem sehr stabilen Material hergestellt.

Das Aerogel (Aero = Luft ... wegen der vielen Luft innendrin, die das Material so leicht macht!) wird zum Beispiel in der Raumfahrt genutzt.

Damit können ausladende Bauteile stabilisiert werden, die nicht viel wiegen dürfen. Oder die Oberfläche, die durch die vielen Poren in diese Art Schwamm vorhanden ist, wird zum Auffangen von Staubpartikeln verwendet. Außerdem wirkt das Aerogel durch die eingeschlossene Luft gut wärmeisolierend.

Genauer handelt es sich dabei um die Kunststoff-Sorte TPU (Abkürzung für Thermoplastische Polyurethane), die seit ein paar Jahren in der Sportschuh-Produktion "Fuß" gefasst haben. Verwendet werden sie vor allem für die Sohlen.

Denn dieses TPU ist gut federnd (Fachbegriff elastisch) und kann relativ gut verarbeitet werden, nämlich nachträglich auch noch durch Wärme (Thermoplastisch) in die gewünschte Form gebracht werden. Gummi ist als elastischer Stoff ja schon seit einiger Zeit bekannt, nur musste der immer sofort in die gewünschte Form gebracht werden und konnten dann nicht mehr verändert werden.

Rein theoretisch könnte man die Sohlen dann auch wieder verwerten, indem man sie einschmilzt und in eine neue Form bringt. Ob das aber tatsächlich passiert ist eine andere Frage.

TPU ist aber ein typisches Beispiel, wo man die Eigenschaften verschiedener anderer Stoffe kombiniert hat, indem man gezielt bestimmte Ausgangsstoffe hergestellt hat.

Hier war die Erfindung eher zufällig und angeblich kannst du es selber herstellen, nämlich indem du zum Beispiel einen Klebestreifen auf eine Bleistift-Mine draufklebst und dann abziehst. Zurück bleibt eine, vermutlich gar nicht wirklich sichtbare, Schicht der Atome von der Graphit-Mine.

Für die Erforschung der Eigenschaften dieser einen Lage verknüpfter Kohlenstoffatome gab es 2010 den Nobelpreis in Physik. Die Chemiker können aber ziemlich genau erklären, warum dieses Graphen die Eigenschaften hat. Im Bild links siehst du übrigens nur eine Computerdarstellung der eigentlich für das Auge nicht sichtbaren Atome, die auf eine bestimmte Art und Weise miteinander fest verknüpft sind.

Die Eigenschaften lassen von vielen bisher nicht machbaren Anwendungen träumen. So soll das Graphen, trotz seiner geringen Dicke sehr stabil sein und man erhofft sich, damit vielleicht einmal einen Weltraumaufzug zu bauen. Außerdem leitet es sehr gut den Strom man überlegt, ob das Graphen das Silicium in den Computer-Chips ersetzen können.

Bei aller Euphorie und vielen Ideen: das Hauptproblem erscheint bisher, dass man noch nicht wirklich geschafft, die Eigenschaften in alltäglichen Gegenständen unterzubringen. Also wird intensiv weiter geforscht.

Außerdem muss Wasserstoff in speziellen Tanks transportiert werden, die meist nicht gerade leicht und klein sind. Das ist ein großer technischer Aufwand!

Nebenbei ist Wasserstoff auch nicht ganz so einfach zu benutzen, da er mit Luft vermischt ein explosionsfähiges Gemisch bilden kann.

Immerhin hat man es aber schon geschafft, die Technik so klein zu bekommen, dass sie auch in Kleinwagen, wie dem Fiat Panda links im Bild, eingebaut werden kann.

Methan ist im Prinzip künstlich hergestelltes Erdgas und das ist etwas leichter zu transportieren, denn man braucht nicht so komplizierte Tanks.

Im Bild rechts siehst du eine Methan-Tankstelle (Metano ist das italienische Wort für Methan!) und man kann eigentlich kaum einen Unterschied zu einer normalen Tankstelle erkennen. Das wäre eine gute Vorraussetzung für eine weitgehendere Nutzung. Zumal das Methan-Gas nach einer Umstellung bzw. Umbau auch in den "normalen" Benzin-Motoren verwendet werden könnte.

Links im Bild wird das Methanol verwendet, dass man aus Methan oder direkt aus Wasserstoff herstellen könnte. Allerdings ist es natürlich ein Auto-Motor sondern nur ein kleineres Modell, das kleine Gläschen hinten mit der klaren Flüssigkeit ist das Methanol.

Und außerdem wird das Methanol hier nicht verbrannt, was immer ungünstig ist, denn bei der Verbrennung wird immer auch Wärme frei, also quasi Energie, die nicht für den Antrieb genutzt werden kann. Es handelt sich um eine sogenannte Brennstoffzelle, die inzwischen schon in Autos verwendet wird. Meistens allerdings zusammen mit Wasserstoff. Doch Methanol wäre als flüssiger Treibstoff viel leichterer zu transportieren und damit wirtschaftlicher. Sogar zum Aufladen von Handy hat man schon kleine Methanol-Ladegeräte erfunden. [1]

Die Chemiker forschen allerdings weiter und suchen nach anderen energiereichen Stoffen, die man im Auto oder für Generatoren als Treibstoff verwenden könnte. Wichtig ist der Transport und er sollte nicht giftig sein, was leider beim Methanol der Fall ist! Und am allerwichtigsten ist, dass er sich gut herstellen lassen muss, denn nur dann lohnt es sich wirklich, größere Mengen herzustellen.

Man hat zwar schon an anderen Batterie-Typen geforscht, indem man andere Chemikalien einbaut und auch die Bauweise geändert hat. Es bleibt aber bei Akkus immer eine gewissen Ladezeit, die notwendig ist.

Diese Redox-Flow-Batterie geht da einen ganz anderen Weg, denn hier lädt man auf, indem man quasi tankt. Ein Elektrolyt wird in die Batterie eingefüllt und aufgebraucht bzw. benutzt. Wenn dann keine Energie mehr in dem Elektrolyt drinsteckt kann es ausgetauscht werden. Und ähnlich wie beim Betanken eines Autos würde das wesentlich schneller gehen als das Aufladen eines normalen Akkus an der Steckdose.

Großflächig sind Redox-Flow-Batterien noch in Nutzung und da diese Elektrolyte nicht allzuviel Strom speichern können, ist zu bezweifeln, dass sie sich in Auto durchsetzen können. Mal schauen, was daraus wird!