Glas aus Kohlendioxid

Kohlendioxid als Klimaschädling ist viel diskutiert, Kohlendioxid als harter, durchsichtiger Festkörper ist neu: Italienische Forscher verwandelten das Gas unter hohem Druck zu einer Art Glas. Zuvor war das nur in Computersimulationen gelungen.

Florenz (Italien) - Das sehr harte, durchsichtige Material, so genanntes amorphes Kohlendioxid (a-CO2) könnte in der Natur auch im Inneren großer Gasplaneten vorkommen, so die Forscher. Auf der Erde verspricht es interessante Anwendungen, wenn es denn gelingt, diesen festen Zustand des Gases beizubehalten. Bislang wandelt es sich beim Nachlassen des Drucks immer wieder zurück in seine flüchtige Form. Neben technischen Einsatzfeldern könnte das neue Material auch Umweltschützern willkommen sein, um der Atmosphäre überschüssiges CO2 effektiv zu entziehen.

"Spektralmessungen auf dem neuesten Stand der Technik haben den amorphen Aufbau des Materials bestätigt", berichtet das Team um Federico Gorelli und Mario Santoro vom European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (LENS) im Fachblatt Nature, "Vergleiche mit Daten von amorphem Siliziumdioxid und amorphem Germaniumdioxid zeigen, dass amorphes Kohlendioxid in seiner Struktur mit den anderen Dioxid-Gläsern der vierten Hauptgruppe der Elemente übereinstimmt". Kohlenstoff gehört im Periodensystem der Elemente derselben chemischen Gruppe an wie Silizium und Germanium, die beide in Kombination mit Sauerstoff glasähnliche Strukturen bilden. Sind die Moleküle im Siliziumdioxid zum Kristallgitter angeordnet, hat man Quarz, liegen sie in ungeordneter, amorpher Form nebeneinander, ist dies der Hauptbestandteil von Fensterglas. Kohlenstoff hingegen formt, anders als die anderen Mitglieder dieser chemischen Gruppe, in Kombination mit Sauerstoff bei Normaldruck und -temperatur hingegen keine festen Materialien. Erst wenn Kohlendioxid heruntergekühlt und unter Druck gesetzt wird, entsteht mit einer Gitterstruktur das so genannte Trockeneis, das sich bei Normaldruck langsam wieder verflüchtigt. Amorphe Strukturen konnte man bisher nur im Computermodell kreieren.

Das italienische Team setzte sein Kohlendioxid in einer Druckkammer bei Raumtemperatur Drücken bis zu 48 Gigapascal aus -- dem 480.000fachen des Atmosphärendrucks. Messungen mit Röntgenstreuung, Infrarot- und Raman-Spektroskopie bestätigten, dass das Material danach nicht mehr aus geordneten Molekülstrukturen bestand, sondern Kohlenstoff und Sauerstoff ungeordnet, amorph nebeneinander lagen. Als eine Möglichkeit, diesen festen Zustand auch bei niedrigeren Drücken beizubehalten, sehen die Forscher eine Mischung des Kohlendioxids mit Siliziumdioxid. Zudem wollen sie die Druckversuche auf über 80 Gigapascal steigern, weil amorphes Siliziumoxid und Germaniumoxid unter diesem Druck ihre amorphe Struktur noch einmal verändern und sich die Hauptmoleküle mit mehr als vier Sauerstoffmolekülen verbinden.