Nobelpreisforschung auf der SpurNeuntklässler experimentieren zur Energiespeicherung an der UHH

Glömpf klingt wie Althochdeutsch, kryptisch und vielleicht auch nach dem nächsten großen Ding. „Glömpf mit Ö“ diktiert Maximilian seinem Freund Benjamin, der den unaussprechlichen Gruppennamen mit Folienstift auf die Unterseite einer Kristallisierungsschale schreibt. „Lass es bloß nicht fallen“, mahnt Helena: Die drei Jugendlichen der Sankt-Ansgar-Schule haben zunächst in Alkohol gelöste Kupfersalze und organische Verbrückungsmoleküle, Linker genannt, miteinander vermischt. Den feinen, Schlumpf-blauen Feststoff, der dabei ausfiel, haben die Neuntklässler erst zentrifugiert und nach dem Dekantieren der Flüssigkeit aus dem Reagenzröhrchen gekratzt. Im Anschluss wurde der Feststoff für die Trocknung im Ofen vorbereitet. „Fühlt sich an wie Knete“, findet Benny. Doch die türkisblaue Paste ist ein MOF, eine metallorganische Gerüstverbindung, englisch „metal organic framework“, und damit sehr wertvoll: Im vergangenen Jahr gab es für dieses Thema die höchste internationale Auszeichnung – den Chemienobelpreis.

Von Nano zu Nobel

Das Prinzip hinter den MOFs: Wie bei einem Setzkasten hält ein organischer Linker die Metallionen auf Abstand, so dass winzige Poren entstehen, in denen sich deutlich mehr Gasmoleküle einlagern können als etwa mit herkömmlichen Speichermedien möglich. Ursprünglich wurde die Technologie beispielsweise für die platzsparende Speicherung von Wasserstoff im Mobilitätsbereich diskutiert, erklärt Dr. Skadi Kull. Die Leiterin des Chemie-Schullabor „Molecules & Schools“ an der Uni Hamburg hat das NAT-Programm clean:tech zu Gast. Den Teilnehmenden ist klar, dass die zunehmende Technologisierung unserer Welt und das Bevölkerungswachstum den Energiehunger immer weiter nach oben schraubt und damit auch den menschengemachten Klimawandel, sofern wir nichts ändern. Daher sind Energie aus erneuerbaren Quellen und alternative Speichermedien notwendig. Von MOFs haben die Jugendlichen dagegen noch nie gehört. „Das ist der Knackpunkt: Es ist ein spannendes Material mit einer extrem hohen Oberfläche, aber es hapert noch ein wenig an den praktischen Anwendungsbereichen“, sagt Skadi Kull.

Vom MOF zum Medikament

Ein neuer Forschungszweig für diese Materialien sind z. B. die Medikamenten- und Wirkstoffforschung. Das ist Ollis Thema. Schon als Schüler war der Chemieschullabor-Tutor vom Atomaufbau fasziniert: „Was ich einatme, der Labortisch, die Erde – alles besteht aus denselben Elementarteilchen“, betont er. Nach dem Abi hat er zunächst eine Ausbildung zum Chemielaboranten gemacht, das habe das Studium sehr vereinfacht. Nach seinem Master im kommenden Jahr will er über neue medizinische Wirkstoffe promovieren. Die Laborarbeit mit den Sankt-Ansgar-Schülern sei sein letzter Arbeitstag als Tutor, bedauert er. Umso mehr freut ihn das Interesse der Gruppe.

Vom Elektrolyten zur Energie

Vor der Mittagspause sollen die Jugendlichen noch mit dem zweiten Versuch im Energiespeicher-Modul beginnen und eine Elektrolytlösung für einen Lithium-Ionen-Akkumulator herstellen. Für diesen Forschungsbereich gab es ebenfalls einen Nobelpreis – reichlich Inspiration für Maximilian. „Gampf“ schlägt er nun als Arbeitstitel vor. „Herr Biebl meinte, wenn ich den Nobelpreis haben will, soll ich es lieber ohne Umlaute machen.“ Martin Biebl ist der begleitende Physiklehrer am Programmtag, der auch inhaltlich inspirierte. „Ich fand spannend, wie sich der Feststoff gebildet hat. Wir konnten auch viel selbst machen“, lobt Helena. „Interessant, wie sich die Farben verändert haben – und es wurde auch gut erklärt“, ergänzt Benni. Maximilian bleibt sich treu und macht es kurz: „Cool“, sagt er.

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Auf Wasser bauen

Der Tannenzapfen macht es vor: Wenn Wasser darauf fällt, schließt er sich, bei Trockenheit öffnet er sich. „Das ist in die Struktur reinprogrammiert und geschieht völlig autonom“, sagt Patrick Huber. Der Professor für Material- und Röntgenphysik ist ein Brückenbauer. Nicht nur zwischen Natur und Technik, sondern auch zwischen TUHH und DESY – der Physiker leitet eine kooperative Professur. „Ich bin beliebig delokalisiert, mein Lebensmittelpunkt ist der Jungfernstieg“, scherzt er vor eine Gruppe von Lehrkräften auf dem Bahrenfeldcampus. Eingeladen hat sie die Initiative NAT zum Austausch über „BlueMat“, dem jüngsten Exzellenzcluster Hamburgs. Patrick Huber ist geschäftsführender Sprecher des interdisziplinären Verbundes: 150 Forschende aus zwölf Organisationen arbeiten daran, eine neue Klasse von Materialien zu entwickeln – inspiriert von der Natur, vom Wasser beeinflusst, hochrobust und nanoporös. „Wenn man Wasser in ganz kleine Poren steckt, entwickelt es besondere Eigenschaften“, so der Professor.

Mit Wasser gegen die Schwerkraft

Physiker Patrick Huber, TUHH-Professor für Physik und Materialforschung und geschäftsführender Sprecher des Exzellenzclusters BlueMat. Der Forschungsverbund will 250 Jahre nach der Erfindung der Dampfmaschine eine zweite wassergetriebene Revolution lostreten, dieses Mal auf der Nanoebene. Dabei steht das Kürzel „BlueMat“ für eine neue Klasse wasserbasierter Materialien, die ihre Eigenschaften nicht komplexer Chemie verdanken, sondern allein den Besonderheiten des Wassers, wie Dichteanomalie (Eis ist weniger dicht als flüssiges Wasser), Viskosität und Oberflächenspannung – Fähigkeiten, die für das Leben auf der Erde entscheidend sind. Drückt man das Wasser in winzigen Poren, kommen weitere Eigenschaften hinzu, wie etwa eine elektrische Leitfähigkeit.

Vernetzt, grün, sauber

Die Mini Tortuga hat ganze Arbeit geleistet, hat Flussbarsch und Stichlinge als „animal“ erkannt und den Autositz als „trash“ eingescannt. Keine Frage, diese Schildkröte ist nicht nur schlau, sie ist auch schnell und international unterwegs, wie schon die Klassifizierung „Remotely Operated Vehicle“, kurz ROV deutlich macht. „Also eine Unterwasserdrohne, die KI unterstützt Müll detektiert“, sagt Matteo Schmid. Der BWLer ist in der Forschung und Entwicklung der Hamburg Port Authority (HPA) tätig – genau wie Politologin Claudia Hertel. Zusammen arbeiten sie für das EU-Forschungsprojekt „SeaClear2.0“ an smarten Robotern, die Gewässer von Müll befreien. Von der TU Delft in den Niederlanden bis nach Zypern reicht die Kooperation, wurde im Hamburger Hafen schon getestet und erreicht nun über die Match Days interessierte Oberstufenprofile.