Empa-Forscher entlocken verbreitetem Material neue Geheimnisse
Ein Empa-Team hat erstmals die atomare Struktur eines Industriematerials entschlüsselt, um es künftig für die Produktion von grünem Wasserstoff einzusetzen.
Erstmals hat ein Forschungsteam der Empa die atomare Zusammensetzung eines in der Industrie verbreiteten Materials genau beschrieben. Die neuen Erkenntnisse wollen die Forschenden nutzen, um das Material zur Herstellung von grünem Wasserstoff zu nutzen.
Amorphes Aluminiumoxid werde bereits heute für unterschiedlichste Zwecke eingesetzt, sei es in der Elektronik, in der chemischen Industrie oder in technischer Keramik. Trotzdem sei es auf atomarer Ebene noch ein Rätsel gewesen, teilte die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) am Donnerstag mit.
Im Gegensatz zu Kristallen besitzen amorphe Materialien keine regelmässig wiederkehrende Struktur. Die Atome liegen mehr oder weniger wild durcheinander – schwer zu untersuchen und noch schwerer zu modellieren.
Um ein Modell davon zu erstellen, nutzten die Forschenden Maschinelles Lernen, also eine Form von Künstlicher Intelligenz. Die Resultate haben die Forschenden in der Fachzeitschrift «npj Computational Materials» veröffentlicht.
Empa entdeckt: Wasserstoff verändert Struktur von Aluminiumoxid
Eine grosse Stärke des Modells sei es, dass es neben den Aluminium- und Sauerstoffatomen des Aluminiumoxids auch eingeschlossene Wasserstoffatome berücksichtige, so die Empa. «Wir konnten zeigen, dass sich der Wasserstoff ab einem bestimmten Gehalt an den Sauerstoff im Material bindet und so den chemischen Zustand der anderen Elemente beeinflusst», lässt sich Studien-Co-Autorin Claudia Cancellieri in der Mitteilung zitieren. Das verändere die Materialeigenschaften: Das Aluminiumoxid werde dadurch lockerer.
Dieses Verständnis der atomaren Struktur eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten für amorphes Aluminiumoxid, insbesondere im Bereich der Produktion von grünem Wasserstoff. Grüner Wasserstoff wird durch Spaltung von Wasser mittels erneuerbarer Energien hergestellt.
Um den Wasserstoff vom ebenfalls entstehenden Sauerstoff zu trennen, brauchen Forschende Materialien, durch die, wie bei einem Sieb, nur eines der Gase durchpasst. In Zukunft wollen die Empa-Forschenden anhand der Modellierungen gezielt Aluminiumoxid-Membranen herstellen.
