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Je nachdem, welche Gemüse- und Früchtesorten man zusammen lagert, kann man sie länger frisch halten. Dafür verantwortlich ist das Ethen, das einige pflanzliche Lebensmittel abgegeben. Forschende der Empa und der ETH Zürich haben nun einen neuen Katalysator entwickelt, um eine beschleunigte Reifung der Früchte und somit eine übermäßige Verschwendung an Lebensmitteln zu verhindern. Dieser Katalysator zersetzt das Pflanzenhormon in Wasser und Kohlenstoff.

Ein Beispiel für Lebensmittel, die recht schnell wenig appetitlich aussehen, sind Bananen. Nach nur ein paar Tagen wird die Schale fleckig und braun, weshalb viele Menschen sie dann einfach wegwerfen. Schuld daran ist der Stoff Ethen. Der sorgt aber nicht nur innerhalb einer Frucht für eine schnellere Reifung, sondern auch die anderer Früchte in der Nähe. Auch in ihnen löst er die Produktion von Ethen aus, was je nach Anzahl der gemeinsam gelagerten Früchte zu einer wahren Kettenreaktion führen kann.

Katalysator für eine verlangsamte Reifung

Huizhang Guo und Mirko Lukovic, Forscher der Empa und der ETH Zürich, haben ein Konzept entwickelt, um das abgegebene Ethen zu zersetzen und somit von den Früchten und dem Gemüse fernzuhalten. Gundlage dafür ist eine „delignifizierte“ Holzstruktur. Sie ist mit einem atomar verteilten Katalysator auf Platin-Basis ausgestattet. Holz bestehe aus drei Grundstoffen: Zellulose, Hemizellulose und Lignin, der Bindestoff im Holz, erklären die Wissenschaftler.

Der einfache Holzwürfel, den Mirko Lukovic hier in der Hand hält, bildet die Basis für den neuen Frischhalteprozess. © EMPA

Im Rahmen ihrer neuen Forschung lösten die Wissenschaftler mit Hilfe einer Säure sowohl Lignin als auch Hemizellulose aus dem Holz heraus. Das hat zur Folge, dass das Holz extrem porös wird und eine eine enorm große spezifische Oberfläche bekommt. So wird das delignifizierte Holz zum idealen natürlichen Gerüst für den Platin-Katalysator. Als Nächstes legten sie das delignifizierte Holz in zwei unterschiedliche Lösungen. Hier schafft die erste die Basis dafür, dass sich die Platinpartikel später an den Zellwänden des Holzes festsetzen können. Die zweite Lösung enthält die Platinpartikel, die anschließend in die Holzstruktur gelangen. Das Verfahren basierte auf auf früheren Forschungsergebnissen.

Wie ein Dreiwege-Katalysator

Dieses Prinzip funktioniert nach Aussagen der Forscher ähnlich wie bei einem Dreiwege-Katalysator in Automotoren. „Strömt das Ethen nun durch die poröse Struktur, trifft es immer wieder auf die Platinpartikel, die das Pflanzenhormon zu Wasser und Kohlendioxid (CO2) zersetzen“, erklären sie. In den Versuchen zersetzte der Katalysator bei Raumtemperatur beinahe 100 Prozent des ausgestoßenen Ethens. Bei einer Außentemperatur von null Grad funktioniert es jedoch nicht, dann kann das entstehende Wasser nicht mehr verdampfen und setzt sich auf dem Katalysator ab. Der chemische Umwandlungsprozess wird blockiert. „Um den Katalysator vom Wasser zu befreien und wieder funktionsfähig zu machen, genügt es, die komplette Struktur alle zwei Stunden für einige Minuten zu erwärmen“, sagt Lukovic.

Nachdem die Ergebnisse die Funktionsfähigkeit des mit dem Katalysator ausgestatteten delignifizierten Holz demonstriert haben, stünde als nächster Schritt ein Upscaling des Konzepts auf Industriemaßstab an, erklären die Forscher. Dann könnten größere Prototypen des Katalysators in Kühlschränken und Kühlhäusern verbaut werden, um Früchte und Gemüse länger haltbar zu machen.

Das japanische Unternehmen Hitachi produziert seit 2015 Kühlschränke mit Platinkatalysatoren, verwendet dazu allerdings Kieselsäure als Gerüst für die Platin-Nanopartikel. Das von den Empa-Forschern entwickelte Prinzip mit einem Gerüst auf umweltfreundlicher und erneuerbarer Holzbasis ersetzt den Platinkatalysator. Durch die poröse und hierarchische Struktur des delignifizierten Holzes können Platin-Nanopartikel mit einer Größe von 20 Nanometern in sehr geringen Mengen gleichmäßig und effizient verteilt werden, um den gewünschten katalytischen Effekt zu erzielen. Und die an der Empa entwickelte Technologie hat einen weiteren Vorteil: Da der Katalysator fest auf der Oberfläche der porösen Holzstruktur gebunden wird, kommen die Lebensmittels nicht mit den Platin-Nano-/Mikropartikeln in Berührung.

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Über den Autor

Author profile picture Petra Wiesmayer ist seit mehr als 25 Jahren als Journalistin und Autorin tätig. Sie hat bis heute hunderte Interviews mit Prominenten aus Entertainment, Sport und Politik geführt und zahllose Artikel über Entertainment und Motorsport für internationale Medien recherchiert und verfasst. Als großer Science-Fiction-Fan ist sie fasziniert von Technologien, die die Zukunft der Menschheit mitbestimmen könnten und liest und schreibt gerne darüber.