Forskere skaber nyt stof, der suger al ilt ud af luften
Forskere fra Syddansk Universitet har skabt et nyt stof, der kan binde ilt i ekstremt koncentrerede mængder. En spandfuld af stoffet kan optage al ilten i et lokale. Stoffet kan få mange anvendelsesmuligheder, fordi den lagrede ilt kan frigives igen, hvor der er brug for den, spår forskerne.

Stoffet ændrer farve, når det optager ilt. Stoffets krystaller er sorte, når stoffet er mættet med ilt og rødlige, når det endnu ikke har optaget ilt.

Normalt klarer vi os fint med de cirka 21 procent ilt, der er i luften omkring os. Men nogle gange har vi brug for ilt i større koncentrationer; for eksempel når lungepatienter skal slæbe rundt på iltflasker med ren ilt, eller når forskere udvikler nye forbrændingsmotorer til brintbiler.

Nu har professor Christine McKenzie og postdoc Jonas Sundberg fra Institut for Fysik, Kemi og Farmaci på Syddansk Universitet skabt et nyt stof, der suger ilt til sig i store mængder - og holder på det.

»I laboratoriet så vi, hvordan stoffet optog ilt fra luften i laboratoriet,« forklarer Christine McKenzie.

Stoffet er krystallinsk og ved hjælp af røntgenstråler har forskerne kunne studere konstellationen af atomer inde i stoffet, når det er henholdsvis fyldt op med ilt, og når det er tømt for ilt.

At et stof kan optage ilt, er der ikke noget overraskende ved. Masser af stoffer optager ilt og reagerer med det. Fødevarer kan blive harske, når de udsættes for ilt, vinens smag ændrer sig, når vi ilter den, og vores krop kunne slet ikke fungere, hvis vores lunger ikke kunne indånde ilt og udånde kuldioxid.

»Det helt særlige ved dette stof er, at det ikke reagerer irreversibelt med ilten. Det optager ilten og frigiver den igen senere i en såkaldt selektiv kemisorptiv proces. Stoffet er altså en slags sensor og en beholder for ilt, og vi kan bruge det til at opbevare og transportere ilt,« siger Christine McKenzie.

En spandfuld er nok til at tømme et rum for ilt

Video: Syddansk Universitet

Stoffet er ganske effektivt til at binde ilt, så med omkring 10 lliter, svarende til en spandfuld, kan man suge al ilten ud af et lokale. Forskernes foreløbige målinger tyder på, at stoffet kan optage og binde ilt i en koncentration, der er 160 gange større, end når det findes i luften.

»Det er også interessant, at stoffet kan optage og frigive ilt mange gange, uden at evnen svækkes. Man kan sammenligne det med at dyppe en svamp i vand, presse vandet ud af den og gentage processen igen og igen,« uddyber hun.

Når ilten er optaget, kan man gemme den i stoffet, indtil man har brug for at frigive den igen. Forskerne har observeret, hvornår det sker:

»Forskellige påvirkninger får stoffet til at frigive ilten. Det er for eksempel varme og iltundertryk. Vi kan se det ske, når vi varmer det op, og vi har også set det ske, når vi omgiver det med et tryk, der er mindre end det, vi normalt er omgivet af. Måske kan lys også bruges som trigger for at få stoffet til at frigive ilten – det vil vi meget gerne undersøge. Der er nogle spændende perspektiver inden for kunstig fotosyntese,« siger Christine McKenzie.

Den helt centrale komponent i det nye stof er grundstoffet kobolt, som er bundet i et specialdesignet organisk molekyle.

»Kobolten giver det nye stof lige præcis den molekylære og elektroniske struktur, der gør det i stand til at optage ilt fra sine omgivelser. Denne mekanisme kender vi fra alle Jordens levende skabninger, der trækker vejret: Vi mennesker og mange andre arter bruger jern, mens andre dyr, for eksempel krabber og edderkopper, bruger kobber. Fælles er, at små mængder metaller er essentielt for at kunne optage og bruge ilt, så det er egentlig ikke så mærkeligt, at vi ser denne effekt i vores nye stof,« forklarer Christine McKenzie.

Sådan frigives ilten igen

Ifølge forskerne er det spændende, at krystallerne ikke går i stykker, når der sker så mange kemiske reaktioner, som der gør under denne proces. Her er krystallerne mere rødlige end på billedet længere oppe.

Afhængigt af luftens iltindhold, temperatur, tryk og lignende tager det sekunder, minutter, timer eller dage for stoffet at optage ilten omkring sig. Forskellige varianter af stoffet kan binde ilt med forskellige hastigheder.

Det åbner mulighed for at fremstille forskellige apparater, der frigiver eller optager ilt under forskellige omstændigheder – for eksempel en maske, som forsyner et menneske med ilt, men ikke tager ilt fra mennesket.

»Når stoffet er mættet med ilt, kan man sammenligne det med en iltflaske, der indeholder ren ilt under tryk – forskellen er, at vores stof kan indeholde tre gange så meget ilt,« fortæller Christine McKenzies.

Hun peger på, at en beholder med stof måske vil være nemmere at have med at gøre end en tung iltflaske.

»For eksempel for de lungepatienter, der slæber rundt med iltflasker. Men også for dykkere, der med dette stof kan optage ilt fra vandet omkring dem. Et par korn af stoffet indeholder nok ilt til et åndedrag – og i og med at stoffet automatisk optager ilt fra vandet igen, behøver dykkeren ikke have mere med.«

Man kan også forestille sig, at stoffet er interessant for ingeniører, der udvikler brint-biler, som kører på brint og ilt. Stoffet er designet og fremstillet på Syddansk Universitet, mens nogle af gasmålingerne er lavet af specialudstyr af kolleger på universitetet i Sydney, Australien.

Artiklen er korrigeret for en regnefejl den 1. oktober 2014, hvor en teskefuld er rettet til en spandfuld. Se også kommentarerne under artiklen.