10 Millionen Euro für nanoskalige Wasserforschung

Europäischer Forschungsrat unterstützt „n-AQUA“-Kooperation.

Wenn Wasser auf Nanometerdimensionen begrenzt wird, bricht die so genannte „Kontinuumsbeschreibung“ zusammen, und molekulare Details spielen eine Rolle. Es gibt Hinweise darauf, dass neue, bisher unbekannte Phänomene auftreten. Ein Verständnis ist für technologische Anwendungen wie die Wasseraufbereitung von entscheidender Bedeutung.

Ein Projekt (ERC Synergy Grant) von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz (MPI-P), des CNRS und der École normale supérieure – PSL in Paris (ENS-PSL) sowie der University of Cambridge wird nun von der EU gefördert. Die Forscher werden in den nächsten sechs Jahren die quantenmechanischen Eigenschaften von „Nano-Wasser“ untersuchen.

Wasser ist eine einzigartige Flüssigkeit, die die Erde zum „blauen Planeten“ macht. Seit Jahrhunderten werden die teilweise anomalen Eigenschaften des Wassers untersucht: So hat Wasser seine geringste Dichte bei 4 °C, und Eisberge schwimmen auf dem Wasser. Wird Wasser jedoch räumlich stark eingeengt, ändern sich seine Eigenschaften dramatisch: Wasser fließt anders, und sein Phasendiagramm – welches seine Aggregatzustände in Abhängigkeit von Druck und Temperatur beschreibt – ändert sich. Herkömmliche Theorien können dieses Verhalten von „nanoskaligem Wasser“ nicht mehr erklären.

„Die Phänomene, die wir untersuchen wollen, sind für eine Vielzahl von technischen Anwendungen entscheidend“, sagt Mischa Bonn, Direktor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung. In seinem Arbeitskreis untersucht er mit Hilfe der Laserspektroskopie die Bewegung und Ausrichtung von Wassermolekülen. „Bei der Entsalzung von Wasser beispielsweise müssen die Wassermoleküle durch nanometergroße Poren fließen. Ein besseres Verständnis auf dieser Längenskala kann diesen Prozess effizienter machen“, so Bonn.

Das von der EU geförderte Projekt „n-AQUA“ – kurz für „Nanoscale water: A Quantum Understanding of Angstrom-scale transport“ – wird sich zunächst auf die Untersuchung und das Verständnis von solchem auf die Nanoskala beschränktem Wasser konzentrieren. Die gemeinsamen Experimente stützen sich auf das Pariser Fachwissen im Bereich des „nano-confinement“ und die Fähigkeit, Wasser mit Hilfe fortschrittlicher Spektroskopie in Mainz zu „sehen“. Sie werden durch Computersimulationen aus Cambridge ergänzt, um ein ganzheitliches Bild von Wasser im Nanomaßstab zu erhalten.

Darüber hinaus ist geplant, auch die Fließeigenschaften von Wasser zu untersuchen: Kann zum Beispiel das einschließende Material die Fließeigenschaften beeinflussen, indem es Energie zwischen dem Material und dem Wasser austauscht? Oder haben die elektronischen Eigenschaften des umgebenden Materials einen Einfluss? Mit diesem Verständnis hoffen die Forscher, in Zukunft die Fließeigenschaften von Wasser auf der Nanoskala beeinflussen und gestalten zu können, was dann zur Verbesserung technologischer Prozesse genutzt werden kann.

Mit dem eingeworbenen Synergy Grant wird die Forschung in den nächsten sechs Jahren mit insgesamt 10 Mio. € gefördert. Der vom ERC (Europäischer Forschungsrat) vergebene Zuschuss wird ausdrücklich für die Zusammenarbeit mehrerer Principal Investigators gewährt, die nach Ansicht des ERC „unterschiedliche Fähigkeiten und Ressourcen zur Lösung ehrgeiziger Forschungsprobleme mitbringen“. Das Bewertungsgremium stellte in seiner Beurteilung der vorgeschlagenen Arbeit fest: „Der Vorschlag ist in allen Aspekten vorbildlich“.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Mischa Bonn
Direktor, Max-Planck-Institut für Polymerforschung
T: 06131 – 379 160
EMail: bonn@mpip-mainz.mpg.de

Weitere Informationen:

https://www.mpip-mainz.mpg.de – Webseite Max-Planck-Institut für Polymerforschung
https://erc.europa.eu/news/erc-2022-synergy-grants-results – Presseinformation des ERC