Durchbruch bei der Wasserstoffisotopentrennung bei höheren Temperaturen

Ein bedeutender Fortschritt in der Materialwissenschaft ist die Entwicklung eines neuartigen, auf Kupfer basierenden Zeolith-Imidazolat-Gerüsts (Cu-ZIF-gis), das außergewöhnliche Fähigkeiten bei der Trennung von Deuterium (D2) von Wasserstoff (H2) bei 120 K (-153°C) aufweist. Diese Temperatur, die den Verflüssigungspunkt von Erdgas übersteigt, eröffnet Möglichkeiten für industrielle Anwendungen im großen Maßstab, wobei möglicherweise die bestehende LNG-Infrastruktur für eine wirtschaftliche D2-Produktion genutzt werden kann. Die Forschung, die am 19. März 2025 von einem Gemeinschaftsteam der UNIST, der Soongsil University, des Helmholtz-Zentrum Berlin und des MLZ an der TUM bekannt gegeben wurde, befasst sich mit der wachsenden Nachfrage nach Deuterium, das für Halbleiter, Anzeigegeräte und Fusionsbrennstoff von entscheidender Bedeutung ist. Traditionelle kryogene Destillationsverfahren bei 20 K (-253°C) sind energieintensiv. Das Cu-ZIF-gis-Gerüst behält seine Wirksamkeit bei höheren Temperaturen aufgrund seiner Gitterausdehnung bei, was den Durchtritt und die Trennung von Gasen durch Quantensiebung erleichtert. In-situ-Röntgenbeugungs- (XRD) und quasi-elastische Neutronenstreuexperimente (QENS) bestätigten die Gitterausdehnung und die Unterschiede in der Isotopendiffusivität. Die thermische Desorptionsspektroskopie (TDS) deutete auf eine stabile D2-Trennung hin. Die Forscher betonen den geringeren Energieverbrauch und die verbesserte Trenneffizienz des Materials im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, was den Weg für nachhaltige Isotopentrenntechnologien ebnet.