Nachhaltige Forschung

Quantum Dots aus Brauereiabfällen

30. Juni 2022, 10:21 Uhr | Ralf Higgelke
Beer
© StockSnap / Pixabay

Biertreber ist ein Abfallprodukt beim Bierbrauen und wird meist als Tierfutter verwendet. Ein Forscherteam aus Quebec hat daraus nun Kohlenstoff-Quantenpunkte synthetisiert. Dafür benötigten sie nur eine Mikrowelle und eine Zentrifuge.

Quantenpunkte werden oft als »künstliche Atome« betrachtet und eignen sich dazu, Licht zu übertragen. Mit einer Reihe interessanter physikalisch-chemischer Eigenschaften wurde diese Art der Nanotechnologie bereits erfolgreich als Sensor in der Biomedizin oder als LEDs in Displays der nächsten Generation eingesetzt. Es gibt jedoch einen Nachteil. Herkömmliche Quantenpunkte enthalten schwere und giftige Metalle wie Cadmium. Kohlenstoff ist eine interessante Alternative, sowohl wegen seiner Biokompatibilität als auch wegen seiner Verfügbarkeit.

Brauereiabfälle als Ausgangsmaterial zu verwenden, war das Ziel von Daniele Benetti, Postdoktorand am Institut National de la Recherche Scientifique (INRS), und Aurel Thibaut Nkeumaleu, einem Masterstudenten am École de Technologie Supérieure (ÉTS), der die Arbeit durchführte. Im Grunde wollten sie verschiedene Experimente mit gut verfügbaren Materialien durchführen. So entstand die Zusammenarbeit zwischen den Wissenschaftlern und der Kleinbrauerei Brasseurs de Montréal.

Ökologisch verantwortungsvoller Ansatz

»Die Verwendung von Biertreber bietet sowohl einen ökologisch verantwortungsvollen Ansatz für die Abfallverwertung als auch einen alternativen Rohstoff für die Synthese von Kohlenstoff-Quantum-Dots unter dem Gesichtspunkt der Kreislaufwirtschaft«, erläutert Professor Federico Rosei vom INRS, der die Studie leitete.

Brauereiabfällen als Quelle für Kohlenstoff-Quantenpunkte zu verwenden, hat den Vorteil, dass sie von Natur aus mit Stickstoff und Phosphor angereichert sind. Dadurch werden keine zusätzlichen Chemikalien benötigt.

Leicht anwendbare Methode

Neben der Verwendung biobasierten Materials wollte das Forschungsteam auch zeigen, dass es möglich ist, Kohlenstoff-Quantenpunkte mit konventionellen Mitteln herzustellen. Die Wissenschaftler verwendeten einen Mikrowellenherd, um den Treber zu karbonisieren, was zu einem schwarzen Pulver führte. Dieses wurde dann mit destilliertem Wasser vermischt und wieder in den Mikrowellenherd gegeben.

Nach einem Durchlauf in einer Zentrifuge und einer weitergehenden Filtration konnten die Quantenpunkte gewonnen werden. Mit dem fertigen Produkt ließen sich Schwermetalle und andere Schadstoffe, die die Wasserqualität, die Umwelt und die Gesundheit beeinträchtigen, nachweisen und quantifizieren.

Als Nächstes sollen diese Kohlenstoff-Quantenpunkte aus Brauereiabfällen über den Konzeptnachweis hinaus charakterisiert werden. Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass diese Nanotechnologie sich zu einem hochentwickelten Sensor für verschiedene wässrige Lösungen, einschließlich lebender Zellen, eignen könnte.

Originalpublikation

Nkeumaleu, A.T., et al., Brewery spent grain derived carbon dots for metal sensing, RSC Adv., 2022, vol. 12, issue 19, 10.1039/D2RA00048B (abgerufen am 30.06.2022)


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