Kältemaschinen mit grüner Energie? Wasseraufnahme in nanoporösen Materialien macht es möglich.

Dieses Thema richtet sich Lehrkräfte der Chemie und Physik.

Deutschland hat das Ziel, bis 2045 komplett auf Grüne Energie umzusteigen. Heutzutage stammen schon 36.2 % der elektrischen und 12.9 % der Wärmeenergie aus Erneuerbaren bzw. Grünen Energien. Zudem nimmt der Primärenergieverbrauch in Deutschland immer weiter ab. Kältemaschinen werden heutzutage noch mit relativ giftigen Stoffen betrieben, wobei der Betrieb sehr energieintensiv (elektrische Energie) ist.
Eine Möglichkeit bzw. Chance diesen Fortschritt zu unterstützen ist es, Wasser in Kombination mit nanoporösen Materialien zu nutzen. Nanoporöse Materialien sind Verbindungen, die in ihrer Struktur winzige kleine Poren besitzen. In diese Poren können Stoffe wie CO2, Stickstoff oder Wasser eingelagert werden, wobei sich das Material erwärmt.

Warum schwitzen wir im Sommer? Was passiert mit der Umgebungstemperatur, wenn Wasser verdampft?
Wie könnten diese Eigenschaften des Wassers mit porösen Materialien genutzt werden?

Quelle: Christoph Stein

Das Material CAU-10-H gehört zu der Klasse der nanoporösen Materialien. Er kann sehr gut Wasser aus der Gasphase aufnehmen und dieses bei niedrigen Temperaturen wieder abgeben. Sie Synthese wurde schon in einem Reaktionsgefäß von 10 L hergestellt. Wie sieht der derzeitige Herstellungsprozess für CAU-10 aus? Was bedeutet grüne Synthese? Ist dies eine grüne Synthese?
Wo seht ihr die Zukunft von CAU-10 und was müsste beachtet oder verändert werden?

Mögliche Fragestellungen

Wie könnten diese Eigenschaften des Wassers mit porösen Materialien genutzt werden?
Wie sieht der derzeitige Herstellungsprozess für CAU-10 aus? Was bedeutet grüne Synthese?
Ist dies eine grüne Synthese?
Wo seht ihr die Zukunft von CAU-10 und was müsste beachtet oder verändert werden?

Literatur

Literatur zur Vorbereitung auf den Kick-Off

www.products.pcc.eu/de/blog/was-lehren-uns-die-12-prinzipien-der-gruenen-chemie/
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cite.201000063 (die ersten 1-2 Seiten)
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.200703934 (Einleitung + 1. Seite)

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Norbert Stock

Quelle: www.ac.uni-kiel.de/de/stock/norbert-stock

Prof. Norbert Stock arbeitet seit 16 Jahren am Institut für Anorganische Chemie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Ich habe in Bayreuth studiert und dann als Wissenschaftler an Universitäten in Versailles (Frankreich), Santa Barbara (USA) und München geforscht. Seit meiner Zeit als Doktorand interessiert mich die Entdeckung neuer Verbindungen/Materialien und deren Testung in einer Vielzahl möglicher Anwendungsbereiche. Bei den Untersuchungen spielen poröse Materialien eine wichtige Rolle, da diese in energierelevanten Fragestellungen wie beispielsweise der Katalyse, der Stoffspeicherung und -trennung oder der Erzeugung von Kälte eingesetzt werden. Ihn interessiert auch wie sich diese Verbindungen bilden und welche Darstellungswege eigeschlagen werden müssen, damit interessante Verbindungen möglichst umweltschonend, einfach und günstig erhalten werden können.

Christoph Stein

Christoph Stein studiert an der Christian-Albrechts-Universität den Studiengang 2 Fach Master Profil Lehramt an Gymnasien mit der Fächerkombination Mathematik und Chemie. Er schreibt zur Zeit die Masterarbeit zum Thema „Syntheseoptimierung von CAU-10-H — [Al(OH)(m-BDC)]“ am anorganischen Institut bei Prof. Dr. Norbert Stock. Ziel dieser Arbeit ist es, die Synthese zu charakterisieren und ggf. in den industriellen Maßstab aufzuskalieren. Nebenbei arbeitet er als Aushilfslehrkraft an der Tehodor-Mommsen-Schule in Bad Oldesloe und wird vorraussichtlich im Februar 2022 in das Referendariat starten.