TOP 10 Entdeckungen und Ereignisse in der Chemie im Jahr 2023

Die erste Hexazinverbindung [03.2023]

In einem Anfang März in der Zeitschrift Nature Chemistry veröffentlichten Artikel findet sich eine Meldung über die Synthese einer neuen Stickstoffverbindung. Forscher aus dem Großbritannien, China, Schweden und Deutschland haben eine aromatische Ringstruktur mit der Formel_K9N56 erhalten. Die Verbindung wurde durch die Reaktion von Stickstoff mit KN3 in einer laserbeheizten Diamant-Ambosszelle unter hohen Druck- (46 und 61 GPa) und Temperaturbedingungen (über 2000 K) gebildet^[1].

Die beobachtete Struktur wies u. a. Hexazinringe in Form von [N6]4- Anionen auf. Diese stehen im Einklang mit der Hückel-Regel. Darüber hinaus enthielt die makromolekulare Verbindung auch flache N5-Ringe und N2-Dimere.

Ein sechsgliedriger Stickstoffring, Hexazin genannt, wurde bisher nur theoretisch als Kette vorgeschlagen. Die Aromatizität dieses Elements war auf die Pentazolatform [N5]- beschränkt. Das erwähnte Team von Wissenschaftlern ist das erste, das die Synthese der makromolekularen Komplexverbindung K9N56 nachweisen konnte, die ein [N6]4- Anion in ihrer Struktur aufweist.

Wundermittel gegen tödlich giftige Pilzarten entwickelt [05.2023]

Amanita phalloides, gemeinhin bekannt als Grüner Knollenblätterpilz, ist eine der giftigsten Pilzarten für den Menschen. Ihm sind rund 90% aller tödlichen Vergiftungen durch Pilzverzehr zuzuschreiben. Das stärkste Toxin des Pilzes, das beim Menschen zu dauerhaften Schäden an der Leber und anderen Organen führt, ist α-Amanitin. Bei Verzehr dieser Pilzart sind selbst aggressive Behandlungen in den meisten Fällen unwirksam.

Die im Mai in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Forschungsergebnisse geben jedoch Hoffnung für den künftigen Kampf gegen die Vergiftung durch den Knollenblätterpilz. Die Wissenschaftler generierten mit Hilfe der CRISPR-Methode einen Pool von Zellen mit verschiedenen Mutationen und beobachteten, welche Faktoren ihre Resistenz gegen α-Amanitin beeinflussen könnten. Die Ergebnisse des Experiments zeigten, dass Zellen, in denen das STT3B-Protein fehlte, durch das Toxin nicht zerstört wurden. Von den bekannten zugelassenen medizinischen Substanzen wurde der Farbstoff Indocyaningrün (ICG) als spezifischer STT3B-Inhibitor vorgeschlagen . Diese Verbindung wird in der Regel in der medizinischen Bildgebung verwendet und könnte ein potenzielles spezifisches Gegenmittel bei Vergiftungen durch α-Amanitin darstellen . Versuche an Mäusen zeigten, dass die Verabreichung von Indocyaningrün vier Stunden nach der Aufnahme des Pilzes die Überlebensrate deutlich erhöhte und die Tiere vor dem Toxin schützte, indem es die Leberschädigung stoppte^[2].

Methylkation im Weltraum beobachtet [06.2023]

Die chemischen Eigenschaften des Elements Kohlenstoff sind seit Jahren schon Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten. Beobachtungen in diesem Bereich bringen uns dem Verständnis der Geheimnisse für die Entwicklung des Lebens auf der Erde sowie der Möglichkeit seiner Entwicklung anderswo im Universum näher.

Im Juni veröffentlichte ein internationales Team von Wissenschaftlern ein Bild, das mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA aufgenommen wurde. Das Bild zeigte eine neue, bisher nicht beobachtete Kohlenstoffverbindung – Methylkation  CH3+. Das Molekül befindet sich in einem Sternensystem, das etwa 1.350 Lichtjahre von uns entfernt ist – dem Orionnebel.

Kosmische UV-Strahlung besitzt eine zersetzende Wirkung für die meisten organischen Strukturen. Die Wissenschaftler vermuten jedoch, dass diese Energie eine wichtige Rolle bei der Bildung des Methylkations spielt. Einmal gebildet, durchläuft das Ion weitere chemische Reaktionen, um komplexere Kohlenstoffmoleküle zu bilden – Spuren des Lebens^[3].

Wissenschaftler haben die Struktur von Boroxid bestimmt  [07.2023]

Die chemische Verbindung mit der Strukturformel BO wurde erstmals in den 1940er Jahren vorgeschlagen. Aufgrund des begrenzten Zugangs zu Technologien war es damals jedoch nicht möglich, seine Struktur zu bestimmen. Das aktuelle wissenschaftliche Interesse an flachen Borstrukturen hat die Aufmerksamkeit erneut auf das vor fast einem Jahrhundert beschriebene Oxid gelenkt.

Mithilfe fortschrittlicher Analysemethoden der NMR-Spektroskopie (Kernspinresonanz) konnte das Team von Frédéric A. Perras die wahrscheinlichste Ausrichtung der Boroxidteilchen bestimmen. Die Ames-Wissenschaftler haben beobachtet, dass sich die Vorläufermoleküle in der Reaktion parallel zueinander anordneten, um so genannte 2D-‚Nanoblätter‘ zu bilden, die aus B4O2-Ringen mit Sauerstoffbrücken bestehen. Als Ergebnis von Untersuchungen der Pulverbeugung wurde außerdem postuliert, dass diese Einheiten Schichten mit unregelmäßigen Stapelungsmustern bilden. Laut F.A. Perras – der Entwurf ähnelt einem Stapel Papier, der auf einen Schreibtisch geworfen wird – leicht ungeordnet, aber in seiner Form erhalten. Die Messungen stimmen mit den ursprünglichen Annahmen über die BO-Struktur aus dem Jahr 1961^[4]überein.

Cyclocene – neue zyklische Strukturen [08.2023]

Der Zweig der organometallischen Chemie befasst sich mit organischen Verbindungen, die mindestens eine Bindung zwischen einem Metall und einem Kohlenstoffatom aufweisen. Zu den verschiedenen Strukturen gehören auch Komplexe, die in einer bestimmten Weise geschichtet sind. Die erste Verbindung dieser Art, die entdeckt wurde, war Ferrocen. An seinem Beispiel lässt sich die Struktur der metallorganischen Komplexe leicht nachvollziehen: Das Zentralatom – ein Metall – ist von einer Gruppe von Liganden umgeben, die mit ihm verbunden sind.

Im Jahr 2023 entwickelte und beschrieb das Team von Peter Roesky am Karlsruher Institut für Technologie eine eine neue Art von Komplexen mit der Bezeichnung „Cyclocene“. Diese Verbindungen können bis zu 18 Schichteinheiten enthalten. Cyclocene haben Cyclooctatetraen (COT)-Liganden, an die jeweils zwei Silangruppen gebunden sind. COT-Liganden umgeben Metallzentren (z. B. Strontium), indem sie sich in einem charakteristischen Ring um das Atom anordnen. Die Wissenschaftler setzen ihre Hoffnungen auf den Nutzen der neuen Verbindungen für die Zukunft der metallorganischen Chemie^[5].

Die wasserfesteste Oberfläche aller Zeiten  [10.2023]

Hydrophobie ist die Fähigkeit von Material, Wassermoleküle abzustoßen. Wasserdichte Beschichtungen werden in vielen Bereichen des Lebens eingesetzt. Um den steigenden Anforderungen an Materialien gerecht zu werden, hat die Forschung im Bereich der Nanotechnologie in den letzten drei Jahrzehnten zur Entwicklung zahlreicher moderner hydrophober Strukturen beigetragen.

Ein Forscherteam der Aalto-Universität in Finnland hat mit Hilfe eines speziellen Reaktors eine völlig neue Form von „flüssigkeitsähnlichen omniphoben Oberflächen“ entwickelt . Ihre Arbeit ist das erste Beispiel für Experimente in diesem Bereich auf der extrem detaillierten Ebene von Nanopartikeln. Diese Oberflächen verfügen über kovalent an das Substrat gebundene Molekülschichten, die gleichzeitig eine hohe Mobilität aufweisen. Ihre Eigenschaften können mit einer Schmierschicht zwischen den Wassertropfen und der Oberfläche verglichen werden.

Neben anderen bestehenden Strukturen ist dies die rutschigste und flüssigste Oberfläche der Welt. Man geht davon aus, dass omniphobe Nanopartikel unter anderem bei Wärmeübertragungsprozessen in Rohren und Systemen, bei der Enteisung von Oberflächen oder der Verhinderung von Verdunstung Anwendung finden könnten. Ein vielversprechendes Potenzial für die entwickelten Oberflächen wird auch im Bereich der Mikrofluidik gesehen^[6].

Leonardo da Vincis chemische Experimente [10.2023]

Leonardo da Vinci machte sich einen Namen als eine der bekanntesten Persönlichkeiten der Renaissance. Der Künstler hatte viele Talente, die er in zeitlose Kunstwerke oder Erfindungen umsetzte. Jüngste Analysen von Mikroproben der Farben, die er für seine Werke (Mona Lisa und Das letzte Abendmahl) verwendet hat, zeigen, dass da Vinci nicht nur wunderschön gemalt, sondern auch erfolgreich experimentiert hat, um seinen Materialien die  besten Eigenschaften zu verleihen.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern wies auf das Vorhandensein von giftigen Bleiverbindungen in der Grundschicht beider Bilder hin . Der Maler versuchte wahrscheinlich, dicke Bänder aus weißem Bleipigment aufzutragen, indem er das auf der Leinwand verwendete Öl zusätzlich mit Bleioxid (PbO) sättigte. Mithilfe von Röntgenbeugung und Infrarotspektroskopie fanden die Forscher heraus, dass die Bilder nicht nur Bleiweiß enthalten, sondern auch eine viel seltenere Verbindung: Plumbonacrit (Pb5[CO3]O[OH]₂), das nur in alkalischer Umgebung stabil ist.  Diese Entdeckung könnte darauf hindeuten, dass Leonardo ein Pionier dieser Maltechnik war^[7].

Nobelpreis für Chemie 2023 [10.2023]

Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus und Alexei I. Ekimov wurden mit dem Nobelpreis für Chemie 2023 ausgezeichnet. Dies war der 115. Nobelpreis für Chemie, verliehen von der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften, mit dem die Wissenschaftler „für die Entdeckung und Synthese von Quantenpunkten“ geehrt wurden.

Quantenpunkte gehören zu einer Gruppe von Nanopartikeln, deren Größe klein genug ist, um ihre charakteristischen Eigenschaften zu bestimmen. Die Funktionsweise von Quantenpunkten beruht weitgehend auf der Emission und Absorption von Strahlung. Die einzigartigen elektronischen und optischen Eigenschaften dieser Nanopartikel ermöglichen eine breite Palette von Anwendungen, z. B. in Photovoltaikgeräten, in den Bildschirmen einiger Fernsehgeräte oder in LED-Lampen.

Da wir bereits ein paar Worte über Quantenpunkte gesagt haben, ist es nun an der Zeit für die Geschichte der Nobelpreisträger. Der Wissenschaftler Alexei Ekimov von Nanocrystals Technology Inc. synthetisierte 1981 erstmals Quantenpunkte in einer Glasmatrix. Zwei Jahre später erhielt Louis Brus von der Columbia University dieselbe Struktur, allerdings in kolloidaler Suspension. Moungi G. Bawendi vom Massachusetts Institute of Technology hat zusammen mit einem Team von Forschern eine der populärsten und am weitesten verbreiteten Methoden zur Synthese von Quantenpunkten entwickelt, um nahezu perfekte Moleküle herzustellen^[8].

„Polnischer Nobelpreis“ 2023 [11.2023]

Im Jahr 2023 wurden die Preise der Stiftung für die polnische Wissenschaft zum 32. Mal verliehen. Der Preis wird oft als „Polnischer Nobelpreis“ bezeichnet, da er als die wichtigste wissenschaftliche Auszeichnung in Polen gilt. Er wird an „herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für herausragende wissenschaftliche Leistungen und Entdeckungen verliehen, die die Grenzen der Erkenntnis erweitern, neue Forschungsperspektiven eröffnen, einen herausragenden Beitrag zum zivilisatorischen und kulturellen Fortschritt unseres Landes leisten und ihm einen herausragenden Platz bei der Bewältigung der größten Herausforderungen der modernen Welt sichern.“

Der diesjährige Preis auf dem Gebiet der Chemie- und Materialwissenschaften wurde Prof. Marcin Stępień von der Fakultät für Chemie der Universität Wrocław verliehen. Verliehen wurde die Auszeichnung „für die Entwicklung und Herstellung von neuen aromatischen Verbindungen mit einzigartigen Strukturen und Eigenschaften“.

Das Konzept der „Aromatizität“ ist in der Chemie seit der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts bekannt und wurde durch Wissenschaftlern wie Professor Stępień ständig vorangetrieben Seine wissenschaftliche Arbeit führte zur Entwicklung und Synthese neuer aromatischer und antiaromatischer Moleküle, die sich durch ihre einzigartige Struktur und ungewöhnliche, oft dreidimensionale Formen auszeichnen. Dies sind wichtige Errungenschaften aus kognitiver Sicht, aber sie eröffnen auch neue Anwendungen für diese Verbindungen als funktionelle organische Materialien. Die von dem preisgekrönten Professor synthetisierten Moleküle könnten die Suche nach neuen organischen Materialien (insbesondere funktionellen Farbstoffen) inspirieren, die unter anderem in Photovoltaik- und LED-Geräten oder in der Phototherapie und medizinischen Diagnostik Anwendung finden könnten^[9].

Flüssigmetalle in der Katalysatorherstellung [11.2023]

Im November 2023 gab es gute Nachrichten von einem australischen Wissenschaftlerteam, das entdeckte, dass flüssige Metalle zur Herstellung von Katalysatoren verwendet werden können. Bislang wurden diese meist aus festen Materialien, u.a. Metallen oder metallorganischen Verbindungen hergestellt. Ihre Verwendung erforderte jedoch hohe Temperaturen, was zu einem erhöhten Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen führte.

Die Forschergruppe unter der Leitung von Professor Kourosh Kalantar-Zadeh prüfte die Möglichkeit, flüssige Metalle (wie Gallium) als Katalysatoren bei niedrigeren Temperaturen zu verwenden. Dadurch könnte der Energieverbrauch und damit die Treibhausgasemissionen im Chemiesektor gesenkt werden. Dies ist sehr wichtig, da die Industrie für einen erheblichen Teil der weltweiten Emissionen verantwortlich ist. Darüber hinaus bietet die größere Flexibilität von Flüssigmetallen im Vergleich zu festen Metallen das Potenzial, die Katalysatorleistung zu verbessern.

Die Forscher aus Australien planen, ihre Forschung fortzusetzen. Wenn sich ihre Entdeckung bewähren sollte, könnte sie zur Einführung neuer, umweltfreundlicherer Verfahren in der Chemieproduktion führen^[10].

Wissenschaftler haben das Gewicht des Neutrinos ermittelt (02.2022)

Die Existenz des Neutrinos wurde bereits 1930 von Wolfgang Pauli theoretisch vorausgesagt.  Dieses Teilchen sollte die Energie des so genannten radioaktiven Beta-Zerfalls ausgleichen.  Trotz verschiedener Theorien war es lange Zeit nicht möglich, die Existenz dieses Teilchens zu bestätigen, obwohl es mit der Zeit den Namen Neutrino erhielt. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es keine elektrische Ladung hat und nur sehr schwach mit anderen Teilchen wechselwirkt.  Einige Wissenschaftler gingen davon aus, dass das Neutrino keine Masse hat, wie das Photon, während andere meinten, es sei einfach nur sehr klein.

Die Wägung des Neutrinos würde es ermöglichen, das Universum noch besser zu verstehen, deshalb wurde sie zum Forschungsgegenstand des internationalen Projekts KATRIN, das vom Karlsruher Institut für Technologie geleitet wird.  In ihren Experimenten nutzten die Wissenschaftler das Phänomen des Beta-Zerfalls, der in den Atomen des Wasserstoffisotops (Tritium) stattfindet.  KATRIN ist eine spezielle Forschungsapparatur mit einer Länge von 70 m und einem riesigen Spektrometer zur Messung der Eigenschaften der beim radioaktiven Zerfall entstehenden Elektronen. Die Forschungen laufen seit 2019 und liefern immer bessere Ergebnisse. Eines der Ergebnisse dieser Arbeit ist eben die Bestimmung der Masse des Neutrinos, die nicht mehr als 0,8 eV beträgt.  Im Vergleich dazu beträgt die Masse eines Elektrons 0,511 MeV (Millionen Elektronenvolt) und die Masse eines Neutrons 0,938 GeV (Milliarden Elektronenvolt).  Dies ist das erste Mal, dass es gelungen ist, bei den Messungen unter die Grenze des Elektronenvolts zu gelangen, weshalb dies eine so bedeutende Leistung ist.^[1]

Die Forschungen im Rahmen des Projekts KATRIN dauern immer noch an und werden voraussichtlich bis mindestens 2024 fortgesetzt. Wissenschaftler hoffen auf eine noch präzisere Messung der Neutrinomasse.^[2]

CO2-Absorber (04.2022)

Die in Massen produzierten Kunststoffe können wir heute praktisch überall finden. Ein Produkt, das wir alle sehr gut kennen sind Plastikflaschen, die aus mehreren verschiedenen Kunststoffen bestehen können und nicht ganz einfach zu recyceln sind. Obwohl die Rückgewinnung von Kunststoffen ein kostspieliges und kompliziertes Verfahren ist, weshalb es immer noch so unbeliebt ist, suchen Wissenschaftler nach Anwendungen für das zurückgewonnene Material, die das Verfahren noch vorteilhafter machen könnten.

Eine Gruppe von Chemikern der Universität Rice hat ihre Forschungsergebnisse bekannt gegeben, aus denen hervorgeht, dass gebrauchte Kunststoffe zur Bekämpfung der hohen Kohlendioxidemissionen beitragen können. Wie in der Zeitschrift „ASC Nano”^[3], beschrieben, untersuchten die Forscher den Prozess der Pyrolyse, d.h. den Abbau von chemischen Substanzen. Er beruht darauf, dass die betreffenden Substanzen unter Beibehaltung anaerober Bedingungen auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden. Die Pyrolyse wird derzeit u.a. in der petrochemischen Industrie eingesetzt.

Chemiker der Universität Rice haben Kunststoff in Gegenwart von Kaliumacetat pyrolysiert, was zur Entstehung sehr spezifischer Moleküle führte, die mikroskopisch kleine Poren aufweisen und sich ideal zum Einfangen und Binden von CO₂-Molekülen eignen. Dieses Material könnte als idealer Kohlendioxid-Absorber dienen, z. B. in Form von Filtern für Schornsteine von Kraftwerken, die fossile Brennstoffe verbrennen. Ein solcher Absorber hätte Eigenschaften, die eine wiederholte Nutzung ermöglichen, und zusätzlich wäre die Absonderung einer Tonne CO2 mit ihm um ein Vielfaches billiger als die derzeitigen Methoden zur Abscheidung und -Speicherung von Kohlendioxid.^[4]

Quanten-Nanomagnet (04.2022)

Ein Quanten-Nanomagnet mit einzigartigen Eigenschaften ist die Entdeckung von Wissenschaftlern der Jagiellonen-Universität.  Ein Forscherteam unter der Leitung von Dr. habil.  Dawid Pinkowicz beschrieb in der Zeitschrift „Nature Communications”^[5],

eine neue Art von metallorganischem Quanten-Nanomagneten, bei dem das zentrale magnetische Ion ausschließlich von anderen Metallionen umgeben ist.  Das Molekül enthält ein zentrales Erbium-Ion, das sich mit drei schweren Rhenium-Ionen verbindet. Diese Kombination hat es ermöglicht, sich den Eigenschaften der bereits bekannten großen makroskopischen Magneten anzunähern.

Die Wissenschaftler betonen, dass molekulare Magnete in naher Zukunft zwar noch keine Anwendung finden werden, aber die Zukunft revolutionieren werden und Bereiche wie die Elektronik und die Informatik verändern könnten. Die derzeit bekannten molekularen Magnete erfordern eine starke Kühlung. Damit Nanomagnete praktische Anwendung finden können, müssen sie so hergestellt werden, dass sie bei Raumtemperatur funktionieren können. Auf die Wissenschaftler warten weitere Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet.^[6]

Natrium-Batterien (06.2022)

In den meisten Geräten des täglichen Gebrauchs werden Lithium-Ionen-Batterien verwendet.  Für deren Herstellung werden seltene Metalle wie Kobalt und Lithium verwendet, die ebenfalls keine gängigen Elemente sind, was sich erheblich auf den Herstellungspreis auswirkt. Den Forschern zufolge könnte Lithium durch Natrium ersetzt werden, was die Produktionskosten erheblich senken würde. Außerdem würden sich Natriumbatterien viel schneller aufladen, und eine Entladung der Batterie „auf Null“ hätte keine nachteiligen Auswirkungen. Bisherige Arbeiten scheiterten jedoch daran, dass Natrium sehr schnell dünne metallische Strukturen auf der Elektrode – so genannte Dendriten – bildet, die sich auf die Lebensdauer solcher Batterien negativ auswirken.

Forscher der University of Texas in Austin haben dieses Problem mit Hilfe eines Computermodells gelöst und ein neues Material entwickelt, das die Bildung von Dendriten verhindert und somit Beschädigungen an der Elektrode verhindert.  Es wurde hergestellt, indem eine dünne Natriumschicht auf ein Antimontellurid aufgetragen und mehrfach gefaltet wurde, so dass abwechselnde Schichten geschaffen wurden.  Dadurch wird das Natrium sehr gleichmäßig verteilt und die Bildung von Dendriten erfolgt viel langsamer und seltener. Auf diese Weise lässt sich eine Natriumbatterie herstellen, die in Bezug auf die Anzahl der Lade- und Entladezyklen mit einer Lithiumbatterie mithalten kann und eine vergleichbare Energiedichte aufweist.  Natriumbatterien könnten die Zukunft für die Industrie werden.^[7]

Nobelpreis in Chemie 2022 [10.2022]

In diesem Jahr verlieh die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften den Nobelpreis für Chemie an drei Personen.  Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal und K. Barry Sharpless sind die Preisträger, die „für die Entwicklung der Technologie der ‚Click-Chemie‘ (‚click chemistry‘) und der bioorthogonalen Chemie“ ausgezeichnet wurden.

Die „Click-Chemie“ (click chemistry) ist ein Prozess, der mit dem Bau eines Gebäudes aus LEGO-Steinen vergleichbar ist.  Bestimmte Molekülfragmente können nämlich kombiniert werden, um Verbindungen von großer Komplexität und Vielfalt herzustellen. Die Kombination einfacher Elemente, die wir als „chemische Bausteine“ bezeichnen können, ermöglicht die Schaffung einer nahezu unendlichen Vielfalt von Molekülen. Die bioorthogonale Chemie hingegen ermöglicht die Überwachung der chemischen Prozesse, die in lebenden Zellen ablaufen, ohne diese zu beschädigen. Dies bietet eine einzigartige Gelegenheit, Krankheiten innerhalb von Zellen sowie in komplexen Organismen zu untersuchen.

Sowohl die Technologie „click chemistry” als auch die bioorthogonale Chemie sind wichtige Entdeckungen vor allem für die Medizin und die Pharmazie, die die Entwicklung beider Gebiete erheblich beeinflussen können.^[8]

Mehr über die Preisträger und die ausgezeichneten Entdeckungen können Sie im Artikel „Nobelpreis für Chemie“ lesen, der auch auf dem Blog der Gruppe PCC verfügbar ist.

„Polnischer Nobelpreis” 2022 (11.2022)

Zum 31. Mal hat die Stiftung für die polnische Wissenschaft ihre Preise verliehen, die als wichtigste wissenschaftliche Auszeichnung in Polen gelten und oft auch als „polnischer Nobelpreis“ bezeichnet werden. Diese Preise werden für besondere Entdeckungen und wissenschaftliche Leistungen verliehen, die die Grenzen der Erkenntnis verschieben, neue kognitive Perspektiven eröffnen und einen herausragenden Beitrag zum zivilisatorischen und kulturellen Fortschritt unseres Landes leisten sowie Polens herausragende Stellung bei der Bewältigung der ehrgeizigsten Herausforderungen der heutigen Welt sichern. Der diesjährige Preisträger auf dem Gebiet der Chemie- und Materialwissenschaften ist Professor Bartosz Grzybowski.

Professor Bartosz Grzybowski vom Institut für Organische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Warschau und dem Ulsan National Institute of Science and Technology in Ulsan, Republik Korea, wurde „für die Entwicklung und empirische Überprüfung einer algorithmischen Methodik zur Planung chemischer Synthesen“ ausgezeichnet. Seine Entdeckung bestand darin, organische Synthesen am Computer zu planen und künstliche Intelligenz zu nutzen, um den Verlauf chemischer Reaktionen vorherzusagen und dabei neue Verbindungen zu entdecken, die als Arzneimittel verwendet werden könnten.

Professor Grzybowski ist einer der ersten Wissenschaftler der organischen Chemie weltweit, der erkannt hat, dass es an der Zeit ist, das Potenzial der entwickelten Computermethoden und -werkzeuge zu nutzen, die praktikable, aber auch noch bessere Wege für die Synthese schwieriger organischer Moleküle vorhersagen können.^[9]

Erwähnenswert ist auch der Preisträger im Bereich der Lebens- und Geowissenschaften, Professor Marcin Nowotny, der für die „Aufklärung molekularer Mechanismen der Erkennung und Reparatur von DNA-Beschädigungen“ ausgezeichnet wurde. Der dritte Preisträger im Bereich der Geistes- und Sozialwissenschaften ist Professor Adam Łajtar, der „für seine Interpretation epigraphischer Quellen, die religiöse und kulturelle Aspekte der Funktionsweise mittelalterlicher Gemeinschaften im Niltal aufzeigen“, ausgezeichnet wurde.^[10]

Entdeckung neuer Mineralien (11.2022)

El Ali, auch bekannt als Nightfall,  ist ein 15,2 Tonnen schwerer Meteorit, der erstmals 2020 in Somalia entdeckt wurde. Nach zweijähriger Untersuchung einer 70 Gramm schweren Probe entdeckten Wissenschaftler der University of Alberta in Egmont, Kanada, darin zwei Mineralen, die auf der Erde noch nie gesehen worden waren.

Die entdeckten Minerale wurden Elaliit (nach dem Meteoriten und der Stadt, in deren Nähe er entdeckt wurde) und Elkinstantonit (nach der NASA-Forscherin Linda Elkins-Tanton) genannt. Die Forscher gaben die Entdeckung der neuen Verbindungen am 21. November auf dem Symposium zur Weltraumforschung an der Universität von Alberta bekannt. Es ist erwähnenswert, dass die Mineralien zwar nicht in ihrer natürlichen Form auf der Erde vorkommen, dass aber in den 1980er Jahren sehr ähnliche Mineralien synthetisch im Labor hergestellt wurden. Die Erforschung der neuen Verbindungen wird dazu beitragen, die Frage zu beantworten, welche Anwendungen diese Mineralien in unserer Welt in Zukunft finden könnten.^[11][12]

Durchbruch in der Kernfusionsforschung (12.2022)

Der 5. Dezember 2022 wurde zu einem wichtigen Tag für die Welt der Wissenschaft, aber auch für die Geschichte der Menschheit. An diesem Tag erzielten Wissenschaftler des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) einen Durchbruch in der Kernfusionsforschung, die in der National Ignition Facility (NIF) durchgeführt wird. Zum ersten Mal überhaupt wurde bei der Fusion mehr Energie erzeugt, als in die Reaktion investiert wurde.  Die Nachricht wurde am 13. Dezember auf einer Pressekonferenz von Vertretern des LLNL in Anwesenheit des Ministers des Energieministeriums und des Leiters der US-Agentur für nukleare Sicherheit bekannt gegeben.

Die Kernfusion beruht auf der Verschmelzung leichter Atomkerne zu schwereren, wobei erhebliche Mengen an Energie freigesetzt werden.  Der Brennstoff, der sich idealerweise für die Energiegewinnung aus dieser Reaktion eignen würde, ist Wasserstoff, denn den gibt es auf unserem Planeten in Hülle und Fülle. Die Atomkerne stoßen sich jedoch durch elektrostatische Kräfte voneinander ab, so dass für die Fusion ganz besondere Bedingungen geschaffen werden müssen, nämlich die Erhitzung auf Millionen von Grad und die Komprimierung auf Millionen von Atmosphären (dieser Prozess sieht in Sternen anders aus, wo er durch Quantentunnelung erfolgt).

Die Kernfusion ist weltweit schon mehrfach versucht worden, aber bisher war das Ergebnis, dass mehr Energie verbraucht als erzeugt wurde. Die National Ignition Facility arbeitet seit den 1950er Jahren an diesem Phänomen, aber es ist technisch sehr schwierig.  Deshalb sind die jüngsten Ergebnisse ein großer Durchbruch und zeigen neue Möglichkeiten auf.

Das Experiment beruhte darauf, dass ein Impuls von riesigen NIF-Lasern 2,05 Megajoule Energie an eine Wasserstoffkapsel abgab, während die Fusion 3,15 Megajoule lieferte, was einem Überschuss von 54 % (über eine Million Joule) entspricht.

Eine Million klingt zwar sehr aufregend, aber diese Zahl entspricht einer viertel Kilowattstunde, einer Energiemenge, die nur ausreicht, um einen Wasserkocher ein Dutzend Mal zum Kochen zu bringen. Aufmerksame Wissenschaftler stellen auch fest, dass zwar nur 2,05 Megajoule Energie für den Prozess selbst bereitgestellt wurden, aber mehr als 322 Megajoule Energie für den Betrieb der 192 benötigten Laser verbraucht wurden, also praktisch hundertmal mehr, als bei der Fusion erzeugt wurde. Dies ist ein der Gründe, die unterstreichen, dass noch jahrzehntelange Arbeit von Teams aus Wissenschaftlern und Ingenieuren erforderlich ist, um die Möglichkeit zu finden, die Kernfusion in größerem Maßstab zu nutzen.^[13][14]

Ultradünne Solarzellen (12.2022)

Es wird viel darüber geredet, dass erneuerbare Energiequellen die Zukunft unseres Planeten sind und einen wesentlichen Beitrag zur Eindämmung der Klimakrise und der globalen Erwärmung leisten können. Deshalb suchen Wissenschaftler ständig nach Lösungen, um die Nutzung erneuerbarer Energien noch besser und einfacher zu machen.

Ingenieure am Massachusetts Institute of Technology haben innovative Solarzellen entwickelt, die jede feste Oberfläche in eine Energiequelle verwandeln können und dabei dünner als ein menschliches Haar sind. Die Zellen sind auf ein leichtes und sehr widerstandsfähiges Gewebe geklebt, so dass sie praktisch überall leicht angebracht werden können. Den Forschern zufolge könnte die Erfindung in Notfällen, wenn keine andere Energiequelle zur Verfügung steht, aber auch auf Reisen sehr praktisch sein.

Die hochmoderne Zelle wurde mit Hilfe eines 3D-Druckers aus Halbleitertinte hergestellt. Sie ist hundertmal leichter als herkömmliche Paneele und erzeugt deutlich mehr Energie pro Kilogramm. Die Lösung befindet sich noch in der Testphase, da es Probleme mit der Widerstandsfähigkeit der Paneele gegen Umwelteinflüsse gibt. Die Forscher arbeiten jedoch an der Entwicklung ultraleichter Behälter, in denen die Zellen eingekapselt werden könnten. Die Forscher glauben, dass die ultradünnen Zellen eine revolutionäre Erfindung für die weltweite Energiegewinnung sein werden^[15][16].

Das stärkste Material auf der Erde (12.2022)

Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) und des Oak Ridge National Laboratory haben eine neue Metalllegierung getestet, die sich durch eine extrem hohe Plastizität (sie ist schmiedbar und sehr dehnbar) und eine noch nie dagewesene Festigkeit (Widerstand gegen Verformung) auszeichnet. Die Legierung besteht aus Chrom, Kobalt und Nickel – CrCoNi.

Schon bei den ersten Tests an CrCoNi wurde festgestellt, dass sich die Plastizität und die Festigkeit bei Abkühlung der Legierung verbessern, sogar bis zu Temperaturen von -196^oC. Die neuesten Forschungsergebnisse, die im Dezember 2022 in der Fachzeitschrift Science^[17],

veröffentlicht wurden, bestätigten jedoch, dass es sogar noch niedrigeren Temperaturen (-253^oC) standhalten kann, bei denen Helium in flüssiger Form vorhanden ist.  Dies ist ein sehr interessantes Phänomen, denn bei den meisten anderen Materialien ist der Effekt genau umgekehrt, z.B. Stahl bricht viel leichter bei sehr niedrigen Temperaturen.

Es ist erwähnenswert, dass die Legierung CrCoNi zur Gruppe der Legierungen HEA (mit hoher Entropie) gehört. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie aus einem Gemisch von Elementen zu gleichen Teilen bestehen und nicht, wie die meisten heute gebräuchlichen Legierungen, aus einem überwiegenden Anteil eines Elements und weniger zusätzlichen Elementen. Dies hat einen erheblichen Einfluss auf ihre bemerkenswerten Eigenschaften.

Die außergewöhnliche Festigkeit der Legierung CrCoNi bei unglaublich niedrigen Temperaturen könnte zu künftigen Anwendungen führen, wie z.B. für Objekte, die den Weltraum durchqueren.^[18]

Transparentes Holz (01.21)

Forscher der University of Maryland haben eine neue Technik entdeckt, mit der Holz transparent gemacht werden kann. Bisher hatte man versucht, Holz durch den Einsatz spezieller Chemikalien zur Entfernung von Lignin transparent zu machen. Der größte Nachteil war jedoch, dass das Holz auf diese Weise geschwächt wurde.

Bei der neuen Methode wird das Lignin verändert. Zu Beginn des Prozesses werden die Partikel entfernt, die für die Farbgebung des Holzes verantwortlich sind. Dann wird ein spezielles Mittel mit Wasserstoffperoxid auf die Oberfläche aufgetragen und diese wird UV-Licht (oder dem natürlichen Sonnenlicht) ausgesetzt. Nach diesen Behandlungen nimmt das Holz eine weiße Farbe an. Zur gründlicheren Reinigung wird das Holz anschließend in Ethanol getränkt. Zum Schluss werden die Poren mit farblosem Epoxid gefüllt, um das Material glatt und fast vollkommen transparent zu machen. Dies verleiht dem Holz Eigenschaften, die bis zu 90 % des Lichts durchlassen, und es ist gleichzeitig 50-mal stabiler als herkömmlich hergestelltes transparentes Material. Außerdem ist es leichter und vor allem stabiler als Glas und bietet eine bessere Isolierung.^[1][2]

Diese Entdeckung könnte zu einer echten Revolution für die Bauindustrie werden und das Aussehen von Gebäuden in Zukunft völlig verändern. Darüber hinaus wird an technologisch fortschrittlichen, transparenten Holzmaterialien geforscht, die zudem berührungsempfindlich wären und eine Alternative für verschiedene Arten von Displays darstellen würden. Dank ihrer den Eigenschaften von Holz entsprechenden Langlebigkeit können solche Displays rauen Umgebungen standhalten, in denen Glas oft versagt.^[3]

Tinte für den Digitaldruck auf Porzellan (03.21)

Verfahren zur Herstellung keramischer Erzeugnisse zeichnen sich durch eine lange Tradition aus. Mit der technologischen Entwicklung ist jedoch auch hier die Zeit für Veränderungen gekommen. Die digitale Einfärbung von Keramikfliesen wird für diese Branche voraussichtlich einen Durchbruch darstellen und die klassische Methode des Glasierens ersetzen. Die Muster werden mit einem hochauflösenden Druckverfahren aufgebracht, mit dem nicht nur verschiedene Farben, sondern auch Texturen erzielt werden können, die u. a. Stoffe oder Holz imitieren.

Diese Lösung wurde von der italienischen Firma Metco entwickelt, die eine spezielle, nachhaltige ECO-INK-Farbe für Digitalkeramik geschaffen hat. Die angebotene Farbe wird auf Wasserbasis hergestellt und enthält daher keine organischen Lösungsmittel, was zur Verringerung der Toxizität und des ökologischen Fußabdrucks beiträgt. Außerdem kann die Farbe in die Oberfläche der Keramikfliesen eindringen, sodass kein Auftragen einer zusätzlichen Schutzschicht mehr erforderlich ist. Dies führt zu einem effizienteren und nachhaltigeren Prozess. Außerdem ist die Oberfläche der Fliesen mit ECO-INK-Farbe haltbarer.

Nach eigenen Aussagen der Hersteller ist diese Farbe eine echte Revolution für die chemische Industrie.^[4]

Magnetische Polymere (03.21)

Die uns bekannten Magnete finden sich in der Regel in Form von starren und harten Metallen. Diese Eigenschaften führen zu vielen Einschränkungen bei der Anwendung von Magneten. Aus diesem Grund haben Wissenschaftler das Projekt MAGNETO^[5]ins Leben gerufen, das darin besteht, magnetische Materialien mit formbaren Eigenschaften zu entwickeln.

Um diesen Effekt zu erzielen, stellten die Forscher ein Pulver aus zerkleinerten magnetischen Materialien her, das mit verschiedenen Polymeren gemischt wurde. Um aus diesen Elementen Magneten herzustellen, wurde der moderne 3D-Druck verwendet. Dadurch war es möglich, ihnen viel komplexere Formen zu verleihen. Die ersten Prototypen zeigten das enorme Potenzial solcher Materialien und die Möglichkeit, sie in vielen Bereichen einzusetzen, von Diagnoseinstrumenten bis hin zu Touchscreens und vielem mehr.

Die vorgestellten Verbundwerkstoffe mit außergewöhnlichen magneto-mechanischen Eigenschaften werden die Einführung innovativer Lösungen in vielen Bereichen, z. B. in der Medizin, ermöglichen. Daher ist auch dies ein wichtiger Meilenstein für die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie.^[6]

Neu entdeckte Wirkung eines natürlichen Heilmittels mit 1000-jähriger Geschichte (04.21)

An der Universität von Warwick wurde eine „antibiotische“ Gemüsepaste erforscht, deren Rezeptur bereits 1.000 Jahre alt ist. Sie wurde in dem altenglischen medizinischen Handbuch Medicanale Anglicum, aus dem 9. Jahrhundert entdeckt und wird dort als „Salbe zur Wiederherstellung der Sehkraft“ bezeichnet. Das Spezifikum, das Zwiebeln, Knoblauch (oder Lauch – die Wissenschaftler hatten Schwierigkeiten, den korrekten Namen zu übersetzen), Rindergalle und Wein enthält, verfügt über extrem starke antiseptische Eigenschaften. Es hat sich als wirksam gegen bestimmte Bakterienstämme erwiesen, die gegen moderne Medikamente resistent geworden sind.

Bereits durchgeführte Tests haben die Wirksamkeit des Mittels bei der Behandlung von Staphylococcus aureus bewiesen. In jüngster Zeit wurden die Studien auch auf andere Stämme ausgedehnt und ihre Ergebnisse in Form einer wissenschaftlichen Veröffentlichung vorgelegt.[7] Experimente haben gezeigt, dass dieses natürliche Arzneimittel eine wirksame Waffe gegen jene Bakterien sein kann, die man als Biofilme bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine der gefährlichsten Bakterienarten, unter denen sich Stämme befinden, die beispielsweise Sepsis, aber auch andere schwere Infektionen verursachen. Ebenso erhofft man sich von dieser Formel Behandlungsmöglichkeiten z. B. für Fußinfektionen bei Diabetikern, die bislang häufig mit einer Amputation enden.

Das Beispiel der beschriebenen Paste verdeutlicht die Begegnung zwischen Naturmedizin und moderner Pharmazie. Sie bietet neue Erkenntnisse und Hoffnungen auf die Heilung von Krankheiten, unter denen viele Menschen leiden.^[8]

Vanillearoma auf Kunststoffbasis (06.21)

Die Frage, wie Gegenstände aus Kunststoffen entsorgt werden können, ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Die ganze Welt ringt um wirksame Methoden zur Verringerung der Schadstoffbelastung unserer Umwelt. Als eine der interessantesten Lösungen erwies sich die Idee von Wissenschaftlern der Universität Edinburgh, die Plastikflaschen in Vanillearoma umwandelten. Bei den Forschungsarbeiten wurden die Enzyme mutiert, die für die Zersetzung von Polyethylenterephthalat (das Polymer, aus dem die Flaschen hergestellt werden) verantwortlich sind. Bei der Zersetzungsreaktion entstand Terephthalsäure (TA), die anschließend in Vanillin umgewandelt wurde. Diese Verbindung trägt den Großteil des Geschmacks und Geruchs von Vanille in sich und wird häufig in der Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie verwendet.
Laut der Zeitung „The Guardian“, die Auszüge aus einem Interview mit der Leiterin des Forschungsprojekts, Joanna Sandler von der Universität Edinburgh, veröffentlichte, werden derzeit 85 % des Vanillins aus Chemikalien synthetisiert, die aus fossilen Brennstoffen stammen^[9] Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach Vanillin weiter an. Es handelt sich also um eine wichtige Entdeckung, nicht nur wegen des Anstiegs der Nachfrage, sondern vor allem wegen der ökologischen Vorteile dieser Lösung.^[10]

Hefe, die Plastik „frisst“ zur Rettung des Planeten (09.2021)

Die Verschmutzung der Umwelt durch Kunststoffe stellt eine der größten Umweltkatastrophen dar. Besonders gefährlich sind Mikropartikel aus Kunststoff, die einen Durchmesser von weniger als 5 Millimetern haben. Sie sind in Gewässern zu finden, sammeln sich aber auch in lebenden Organismen wie Fischen, Plankton und dem menschlichen Körper an.

Mit diesem Problem hat sich das Forschungsteam von Dr. Piotr Biniarz von der Naturwissenschaftlichen Universität Breslau befasst. Ihre Forschung besteht in der Suche nach Mikroorganismen, die dank ihrer Enzyme Kunststoffe auf natürliche Weise zersetzen. Da sich dieses Verfahren jedoch in der Regel als ineffizient erweist, ist geplant, ihre Enzyme in schnell wachsende Hefen (Yarrowia lipolytica) zu klonen. Diese Organismen werden in der Lage sein, Enzyme effizient zu produzieren, aber auch auf kommunalen Abwässern oder Abfällen zu wachsen, sodass Mikroverunreinigungen direkt aus diesen entfernt werden können.^[11]

Nobelpreis 2021 (10.2021)

Der diesjährige Nobelpreis für Chemie wurde David MacMillan und Benjamin List „für die Entwicklung der asymmetrischen Organokatalyse“ verliehen. Die Organokatalyse ist ein einzigartiges Werkzeug zum Aufbau von Molekülen. Bis zu dieser Entdeckung ging man davon aus, dass es nur zwei Arten von Katalysatoren gebe, also Stoffe, die den Ablauf chemischer Reaktionen beschleunigen. Dabei handelt es sich um Enzyme und Metalle. Andererseits haben Wissenschaftler gezeigt, dass es auch eine asymmetrische organische Katalyse gibt, bei der kleine organische Moleküle verwendet werden.

Organische Katalysatoren zeichnen sich durch ein stabiles Gerüst aus Kohlenstoffatomen aus, an das sich chemische Gruppen mit höherer Aktivität anlagern können. Sie können Elemente wie Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff oder Phosphor enthalten. Sie sind viel kleiner als Enzyme, was ihre Herstellung erleichtert. Diese Eigenschaften machen die Katalysatoren umweltfreundlicher, aber auch billiger in der Herstellung.

Die asymmetrische organische Katalyse entwickelt sich bereits seit 2000, und David MacMillan und Benjamin List sind auf diesem Gebiet eindeutig führend. Ihre Entdeckung hat ein neues Licht auf die organische Katalyse geworfen und gezeigt, dass sie bei vielen chemischen Reaktionen eingesetzt werden kann. Sie ist hocheffizient und kann die Herstellung von fast allem unterstützen, von modernen Arzneimitteln bis hin zu den Molekülen, die in Photovoltaikzellen für das Herausfiltern von Licht verantwortlich sind. Diese Entdeckung hat die Welt der Wissenschaft und Technologie definitiv revolutioniert.^[12][13]

Fühlendes Material (12.21)

Eine Forschergruppe von Wissenschaftlern aus Chicago und Missouri hat sich zum Ziel gesetzt, ein Material zu entwickeln, das empfindlich auf die Wahrnehmung von Umgebungsreizen reagiert und sich diesen anpassen kann.

Da es Eigenschaften besitzt, die in natürlich vorkommenden Materialien nicht vorhanden sind, gehört es zur Gruppe der sogenannten Metamaterialien. Es besteht aus piezoelektrischen Elementen, die durch elektrische Schaltungen gesteuert werden. Es verfügt über einen speziellen Schaltkreis, der Informationen verarbeitet. Zudem kann es sich dank der elektrischen Energie bewegen und seine Form verändern. Diese Elemente ermöglichen es ihm, äußere Reize wahrzunehmen und sich an sie anzupassen. Nach eigenen Aussagen der Erfinder ist dieses Material in der Lage, Entscheidungen ohne menschliches Zutun zu treffen.

Ein solches Metamaterial könnte sich in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin und in vielen anderen Bereichen bewähren.^[14][14]

Bio-Kunststoff aus Lachssperma (12.21)

Kunststoffe sollten die Revolution unter den verfügbaren Materialien sein. Trotz ihrer vielen Vorteile sind sie jedoch auch zu einem der Hauptprobleme geworden, die unseren Planeten bedrohen. Daher wird die Forschung nach umweltfreundlicheren Alternativen fortgesetzt.

Chinesische Wissenschaftler haben ein einzigartiges plastikähnliches Material entwickelt, dessen Hauptbestandteil Lachssperma ist. Dazu wurden zwei Stränge der Lachs-DNA mit einer aus Pflanzenöl gewonnenen Chemikalie kombiniert. Das Ergebnis ist eine schwammige, gelartige Substanz – ein Hydrogel. Dem entstandenen Hydrogel wird durch Gefriertrocknung die Feuchtigkeit entzogen, sodass es in verschiedene Formen gebracht werden kann.

Bei der Herstellung dieses Biokunststoffs könnten bis zu 97 % weniger CO2 emittiert werden als bei der Produktion von herkömmlichem Polystyrol. Außerdem wird es mithilfe von DNA-verdauenden Enzymen recycelbar sein. Schließlich kann es auch in Wasser getaucht werden, sodass es wieder zu einem Hydrogel wird.

Biokunststoffe dieser Art sind eine Chance für die Zukunft der Kunststoffindustrie und für die Verringerung der Umweltverschmutzung auf unserem Planeten.^[16]

Schmiermittel auf Graphenbasis (12.21)

Italienische Forscher haben ein neuartiges Schmiermittel auf Graphenbasis für den Einsatz in Autos und Motorrädern entwickelt. Der Zusatz von Graphen erhöht in erster Linie die Stabilität des Öls und verringert zudem die Reibung zwischen den Motorenteilen. Diese vorteilhaften Eigenschaften sorgen dafür, dass sich die Teile weniger stark erwärmen und auch weniger verschleißen. Graphen kann eine Alternative zu herkömmlich verwendetem Erdöl darstellen. Dadurch wird das Öl weniger umweltschädlich und kann leichter entsorgt oder recycelt werden. Der Schmierstoff wurde bereits ersten Tests unterzogen, bei denen er sehr vielversprechend abschnitt. Daher werden derzeit weitere Forschungsarbeiten durchgeführt, die voraussichtlich dazu führen werden, dass die Graphen-Innovation in kommerziellen Anwendungen eingesetzt wird.^[17]

EIN TELESKOP, DAS UNS NÄHER AN DIE SONNE GEBRACHT HAT (01.2020)

Auf Hawaii wurde ein Teleskop entwickelt, mit dem man außergewöhnlich genaue Bilder von der Sonne machen konnte. Es wurde von der amerikanischen Regierungsbehörde National Science Foundation (NSF) gebaut. Dieses bisher größte Teleskop ist mit einem 4 Meter langen Sonnenspiegel ausgestattet. Damit aufgenommene Fotos leiteten eine neue Ära der Wissenschaft von der Sonne ein. Das Teleskop wird helfen, Sonnenstürme besser vorherzusagen und genauer zu verstehen, welche Faktoren das kosmische Wetter beeinflussen. ^[1]

EIN JAHR IM ZEICHEN DER COVID-19-PANDEMIE (03.2020)

Obwohl die ersten Fälle von COVID-19 bereits im November 2019 gemeldet wurden, erkannte die Weltgesundheitsorganisation (WHO) sie genau am 11. März 2020 als Pandemie an. Die Coronavirus-Erkrankung SARS-CoV-2 hat die Welt aus den Fugen gebracht. Neue Empfehlungen und Anordnungen haben unser alltägliches Leben verändert. Chemikalien in Form von Desinfektionsmitteln spielten eine wichtige Rolle und sind zu einer wichtigen Waffe im Kampf gegen Neuerkrankungen geworden. Auch in der medizinischen und pharmazeutischen Branche spielte die chemische Industrie eine wichtige Rolle, um Ärzte bei der Behandlung der Krankheit zu unterstützen.

BAKTERIEN, DIE PLASTIK FRESSEN (04.2020)

Am 8. April 2020 veröffentlichte die Zeitschrift Nature einen Artikel, der die Existenz einer Bakterienart mit Enzymen belegt, die Kunststoffe in einfache Elemente zersetzen können. Der Stamm 201-F6 b der Bakterien Ideonella sakaiensis ermöglicht im Verdauungsprozess die Rückgewinnung von Material, das zur erneuten Synthese und Herstellung von Kunststoffen mit der gleichen Qualität, wie sie in petrochemischen Prozessen erreicht wird, geeignet ist. Diese Methode wird in der Industrie allmählich eingeführt und in einigen Jahren werden wir auf diese Weise hergestellte recycelte Flaschen kaufen können.^[2]

SCHNEIDETECHNIK ZWEIDIMENSIONALER MATERIALIEN (14.07.2020)

Wissenschaftler haben eine sehr präzise Technologie entwickelt, die es ermöglicht, kleine Öffnungen in Partikeln von der Größe eines Atoms zu bohren. Sie soll die Produktion von photonischen und elektronischen Nano-Bauteilen unterstützen. In den Forschungsergebnissen wurde die thermomechanische Technik beschrieben, die das Schneiden von zweidimensionalen Materialien mit Hilfe einer beheizten Scanning-Nano-Nadel ermöglicht. Mit dieser Methode konnten beliebig geformte Einschnitte mit einer Auflösung von 20 nm in einschichtigen zweidimensionalen Materialien ausgeführt werden.^[3]

BAKTERIEN, DIE SICH VON METALL ERNÄHREN (15.07.2020)

Seit über 100 Jahren vermuteten Wissenschaftler die Existenz von Bakterien, die sich von Metall ernähren. Aber bis jetzt konnten sie es nicht nachweisen. Diese Entdeckung wurde jedoch von Mikrobiologen am Caltech (California Institute of Technology) gemacht. Dr. Jared Leadbetter führte Forschungen mit Mangan durch. Danach stellte er das Glasgefäß, das er benutzte, zum Einweichen in die Spüle. Durch einen Zufall und weil Dr. Leadbetter den Campus verlassen musste, stand das Glas mehrere Monate lang in Wasser. Nach seiner Rückkehr fand er das Gefäß mit einem schwarzen Belag vor, der sich als von den im Leitungswasser lebenden Bakterien oxidierter Mangan herausstellte. Längere Studien haben gezeigt, dass diese Bakterien Mangan in der Chemosynthese nutzen können. Dies ist der erste bewiesene Fall, in dem ein Bakterium Mangan als Energiequelle nutzt. Dies ist ein revolutionärer Schritt für die Wissenschaft, der viele wichtige Erkenntnisse über natürliche Kreisläufe gebracht hat, denen die Elemente unterworfen sind.^[4]

FAST UNSICHTBARERE FISCHE (17.07.2020)

Die außergewöhnlichen Fische, von denen hier die Rede ist, sind wahre Meister der Tarnung. Ihre schwarze Außenoberfläche absorbiert 99,95% der Photonen. Diese Fische „saugen“ buchstäblich das ganze Licht auf, sodass selbst bei einem starken Lichtstrahl nur die feinsten Züge ihrer Silhouette vor dem Hintergrund der dunklen Meerestiefe wahrgenommen werden können. Karen Osborn (eine Zoologin vom Smithsonian’s Museum of Natural History) und ihr Team entdeckten ganze 16 Fischarten, die aussehen, als wären sie mit dem dunkelsten uns bekannten Material – Vantablack (es absorbiert 99,96% des Lichts) – überzogen. ^[5]

NOBELPREIS IN CHEMIE (10.2020)

Emmanuelle Charpentier und Jennifer A. Doudna wurden für die Entwicklung der Genom-Editierungsmethode ausgezeichnet. Gemeinsam haben sie eine präzise „Genschere“ entdeckt, die die Entwicklung neuer Krebstherapien ermöglichen wird. Diese Methode wurde bereits im Jahr 2012 entdeckt und war eine Revolution in der wissenschaftlichen Welt. ^[6]

REKORD IN KURZZEITMESSUNG – ZEPTOSEKUNDEN (19.10.20)

Wissenschaftlern gelang es, die kürzeste Zeiteinheit zu messen, die „Zeptosekunde“ genannt wurde. Die Messung erfolgte bei der Beobachtung eines durch ein Wasserstoffmolekül hindurchgehenden Lichtteilchens und dauerte 247 zs (Zeptosekunden). Es wurde angenommen, dass eine Zeptosekunde 10-21 Sekunden entspricht.
Die Messungen führte ein Team von Physikern unter der Leitung von Prof. Reinhard Dörner von der deutschen Goethe-Universität in Frankfurt am Main durch.^[7]

POLNISCHER NOBELPREIS (04.11.2020)

In diesem Jahr wurden auch Preise der Stiftung für polnische Wissenschaft (sog. polnische Nobelpreise) verliehen. Auf dem Gebiet der chemischen Wissenschaften wurde Prof. Ewa Górecka von der Universität Warschau mit dem Preis „für die Gewinnung von Flüssigkristallmaterialien mit einer chiralen Struktur aus nicht chiralen Molekülen“ ausgezeichnet. ^[8]

IN WENIGEN MINUTEN HERGESTELLTE DIAMANTEN (20.11.2020)

An der Australian National University (ANU) wurde im Labor ein Diamant nur unter Hochdruckbedingungen hergestellt, ohne dabei die Umgebungstemperatur zu erhöhen. Während der Forschung wurden zwei Arten von Diamanten erzeugt. Einer von ihnen ist ein typischer Stein, der nach dem Schleifen in einen Ring eingesetzt werden könnte. Der andere ist ein „Lonsdaleit“, das in der Natur bei Meteoriteneinschlägen auf die Erde entsteht. Die Möglichkeit, einen Diamanten in sehr kurzer Zeit und bei Raumtemperatur herzustellen, eröffnet auch der Industrie viele Möglichkeiten. ^[9]

DER NEUE HADRON-TEILCHENBESCHLEUNIGER Future Circular Collider (FCC) wird gebaut

Der FCC soll viermal größer und um ein Vielfaches leistungsstärker sein als der Large Hadron Collider (LHC). Die Beschleuniger ermöglichen die Untersuchung der Elemente, die durch die Kollision von Strömen beschleunigter Elementarteilchen entstehen. Beschleuniger größerer Dimensionen und höherer Leistung können die Entdeckung noch unbekannter Formen von Materie und eine gründlichere Untersuchung bereits bekannter Formen ermöglichen.^[1]

CYKLOKARBON IST EINE NEUE ART VON KOHLENSTOFF

Wissenschaftler der Universität Oxford und IBM Research in Zürich stellten in einer Veröffentlichung in der Zeitschrift „Science“ vor, wie man einen Ring aus 18 Kohlenstoffatomen herstellen kann. Diese Verbindung wurde durch eine innovative Methode der Manipulation einzelner Atome geschaffen. Einer der Entdecker von Cyclokarbon war der Pole Dr. Przemysław Gaweł von der Universität Oxford.^[2]

LANGSAME ELEKTRONEN ZERSTÖREN KREBSZELLEN

Wissenschaftler der Technischen Universität Wien entdeckten, dass der bislang beobachtete Effekt der Zerstörung von Krebszellen durch langsame Elektronen möglich ist. Durch die Nutzung der interatomaren des Coulomb-Zerfalls kann das Ion zusätzliche Energie auf die benachbarten Atome übertragen. Dadurch wird eine große Anzahl von Elektronen freigesetzt, die genug Energie haben, um die DNA von Krebszellen zu schädigen.^[3]

NEUER AGGREGATZUSTAND

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität Edinburgh führte Computersimulationen durch, um den so genannten „kettengeschmolzenen Zustand” (chain melted state) weiter zu untersuchen. Die Untersuchungen wurden an 20.000 Kaliumatomen durchgeführt, die einem Druck von 20.000 bis 40.000 Atmosphären und einer Temperatur von 126 bis 526 Grad Celsius ausgesetzt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die resultierenden Strukturen einen neuen Zustand darstellen, in dem sich zwei miteinander verbundene Gitterstrukturen bilden. Es wurde beobachtet, dass sich die Ketten in eine Flüssigkeit auflösen, während gleichzeitig die restlichen Kaliumkristalle in fester Form vorliegen.^[4]

NEUE TERAHERTZ-STRAHLUNGSQUELLEN

Wissenschaftler der CENTERA-Forschungsagenda haben zusammen mit Forscherteams aus Frankreich, Deutschland und Russland eine Entdeckung gemacht, die zum Bau neuer Quellen vergessener Terahertz-Strahlung führen könnte. Sie wäre mit einem Magnetfeld abstimmbar. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Nature Photonics beschrieben.^[5]

NOBELPREIS FÜR CHEMIE

John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino wurden für die Entwicklung von leichten und leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterien ausgezeichnet. Diese Erfindung ist allgemein als Lithium-Ionen-Batterien bekannt. Ihre Entwicklung hat die Welt revolutioniert und, wie die Mitglieder des Nobelkomitees feststellten, „die Grundfesten für eine drahtlose, von fossilen Brennstoffen freie Gesellschaft gelegt“.^[6]

POLNISCHE NOBELPREIS

Der Gewinner des Preises der Stiftung für die polnische Wissenschaft (des so genannten polnischen Nobelpreises) ist Professor Marcin Drąg von der Fakultät für Chemie der Technischen Universität Wrocław. Der Professor wurde „für die Entwicklung einer neuen technologischen Plattform zur Gewinnung biologisch aktiver Verbindungen, insbesondere von proteolytischen Enzyminhibitoren“ gewürdigt.^[7]

DNA in prähistorischem „Kaugummi“

Wissenschaftler der Universität Kopenhagen berichten in „Nature Communications“über den Fund eines Fragments der DNA einer prähistorischen Bewohnerin Skandinaviens in einem von ihr gekauten Stück Birkenteer. Auf der Grundlage dieser Entdeckung wurde das komplette weibliche Genom rekonstruiert. Das Fundstück wird auf 5700 Jahre zurückdatiert.^[8]

SONNENLICHT FÜR DIE BRENNSTOFFPRODUKTION

Wissenschaftler der Nanyang Technological University of Singapore (NTU Singapur) haben eine Methode entdeckt, die Kunststoffabfälle mit Hilfe von Sonnenlicht in chemische Stoffe umwandeln kann. Ein Team von Wissenschaftlern erforschte eine Mischung aus Kunststoffen mit ihrem Katalysator in einem Lösungsmittel, das die Nutzung von Lichtenergie ermöglicht. Als Folge davon wurden gelöste Kunststoffe in Ameisensäure umgewandelt. Diese Säure wird in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung verwendet. Diese Entdeckung zielt auf die Entwicklung nachhaltiger Methoden zur Nutzung des Sonnenlichts zur Herstellung von Kraftstoffen und anderen chemischen Produkten ab.^[9]

LASER-LICHTSCHWERT IN GREIFBARER NÄHE

Aleksandra Fliszkiewicz, eine Studentin der Technischen Universität Warschau, entwickelte im Rahmen ihrer Ingenieursarbeit ein Lichtschwert, inspiriert vom 8. Teil von „Star Wars“. Es wurde mit Hilfe eines grünen Lasers und einer von polnischen Wissenschaftlern entwickelten Linse, dem sogenannten „Lichtschwert“, die das Licht in einem Abschnitt bündelt, geschaffen. Die Linse, deren Geometrie 1990 an der Technischen Universität Warschau entwickelt wurde, soll nun auch in der Augenheilkunde neue Lösungen bringen, wie z.B. die Schaffung von intraokularen Implantaten für Menschen nach einer Kataraktoperation, über die klinische Tests laufen.^[10]