Die Übersäuerung der Weltmeere ist ein ernstzunehmendes Problem, für das vorrangig das Klimagas CO2 verantwortlich ist. Je mehr Kohlenstoffdioxid im Wasser gelöst ist, desto niedriger der pH-Wert – das Wasser wird also saurer. Unter anderem verändert diese Entwicklung die Zusammensetzung von Korallenriffen. Saures Wasser führt zu einer Verdrängung kalkbildender Organismen durch Algen und Seegras, was wiederum zu einer geringeren Korallenvielfalt führt. Forscher der University of California in San Diego haben deshalb winzige Roboter entwickelt, die das im Wasser gelöste CO2 herausfiltern sollen.


Ozean
Foto: The Atlantic Ocean, Milan Boers, Flickr, CC BY-SA 2.0

Mikroroboter gegen die Übersäuerung der Weltmeere

Die Wissenschaftler haben sogenannte “Mikromotoren” entwickelt, die effektiv und schnell das Kohlenstoffdioxid aus dem Wasser filtern sollen. Um dies zu erreichen, nutzen die winzigen Roboter ein Enzym namens Carboanhydrase, das als Katalysator für die Reaktion von Kohlenstoffdioxid und Wasser zu Bikarbonat wirkt. Letzteres kann dann wiederum mit Calciumchlorid aus dem Wasser zu festem Calciumcarbonat reagieren, ein Stoff, der beispielsweise in der Schale von Muscheln vorkommt.

Bild: University of Californa
Bild: University of Californa

Die kleinen Maschinen sind röhrenförmig und lediglich sechs Mikrometer lang. Jede von ihnen arbeitet komplett autonom, kann nach dem Aussetzen im Wasser also komplett sich selbst überlassen werden. “We’re excited about the possibility of using these micromotors to combat ocean acidification and global warming”, so Virendra V. Singh, einer der Ko-Autoren der Studie, in einem Statement.


Im Testbetrieb entfernten die kleinen Roboter 90 Prozent des Kohlenstoffdioxids aus einer Lösung entionisierten Wassers – in einer Meerwasserlösung waren es 88 Prozent. Die Forscher können sich den Einsatz der Mikroroboter in dedizierten Wasserfilter-Anlagen vorstellen.

Probleme vor dem Einsatz in der Praxis

Im Hinblick auf den tatsächlichen Einsatz der winzigen Roboter gibt es allerdings noch Probleme, die es zu überwinden gilt. Zum einen ist noch nicht geklärt, wie die Einsatzbedingungen in großen Zahlen aussehen. Um eine effektive Filtration zu erreichen, ist eine verhältnismäßig große Zahl der Mikroroboter notwendig.

Außerdem ist bisher eine kleine Menge Wasserstoffperoxid im Wasser notwendig, um die für die Bewegung der Roboter notwendige Energie zu liefern. Bei einer Konzentration von 2 bis 4 Prozent Wasserstoffperoxid im Wasser können die Mikroroboter Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mikrometer pro Sekunde erreichen. Dazu nutzen sie eine Reaktion zwischen dem Wasserstoffperoxid und dem Platin, mit dem die Innenseite der Roboter ausgekleidet ist. Diese Reaktion führt zu einem Strom von Sauerstoffblasen, mit dem die Roboter Vortrieb erzeugen können. Die Forscher hoffen jedoch, in Zukunft das Wasser selber nutzen zu können, um die Roboter anzutreiben. “If the micromotors can use the environment as fuel, they will be more scalable, environmentally friendly and less expensive”, erklärt Kevin Kaufmann, ein weiterer Ko-Autor der Studie, die in der Zeitschrift “Angewandte Chemie” veröffentlicht wurde.

Im Rahmen der anthropologischen Klimaveränderungen und der damit verbundenen Übersäuerung der Weltmeere können die von den Forschern entwickelten Mikroroboter in Zukunft aber einen wesentlichen Teil dazu beitragen, das ökologische Gleichgewicht in dem komplexen Ökosystem unter Wasser aufrecht zu erhalten.

via IFLScience

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