Met dit nieuwe zuurstof-verzamelende kristal kun je onderwater ademen

Je hebt maar een kleine hoeveelheid van de nieuw ontwikkelde kobaltzoutkristallen nodig om de lucht uit een kamer op te nemen, of tenminste, 21 procent van de zuurstof uit de lucht. Onder de juiste omstandigheden – de juiste temperatuur en atmosferische druk – kan het slechts enkele seconden duren voordat het materiaal zijn werk heeft gedaan. Door vervolgens het materiaal langzaam te verwarmen of aan een lagere druk bloot te stellen wordt de zuurstof weer vrijgelaten in de lucht.

Deze nieuwe kristallen "zuurstofspons" is gemaakt door onderzoekers aan de universiteit van Zuid Denemarken. Zoals de meeste dingen die zuurstof uit de lucht verwijderen, werkt ook dit materiaal door zich op een chemische wijze te binden aan de individuele zuurstofmoleculen. Iets dergelijks gebeurt er ook in je longen terwijl je dit aan het lezen bent: inkomende zuurstof grijpt zich vast aan de hemoglobine-eiwitten in het bloed dankzij mooie chemische "handgrepen" in de vorm van ijzer-ionen.

Net als bij hemoglobine is de synthetische zuurstofspons voorzien van een omkeerbaar chemisch bindingsproces. Dit is niet altijd het geval bij chemische reacties – de chemische reactie van verbranding neemt ook zuurstof uit de lucht maar omdat de producten hiervan, kooldioxide en water, zo stabiel zijn is het onmogelijk om het proces weer om te keren. Daarom is er natuurlijk ook geen 'onverbranding.'

"Het materiaal is zowel een sensor als een container voor zuurstof – we kunnen het gebruiken om zuurstof op te slaan en te transporteren – het is eigenlijk solide kunstmatige hemoglobine," zegt Christine McKenzie (nano-bionatuurkunde professor en hoofdonderzoeker van het project ) in een verklaring. Het unieke aan dit materiaal is dat het er op lijkt dat het in staat is om dit proces keer op keer weer te doorlopen voor onbepaalde tijd. Hierbij blijft ook de zuurstofopslagcapaciteit van het materiaal behouden.

De kristalstructuur van het zout zorgt ervoor dat er een raster ontstaat voor het opslaan van veel zuurstof binnen een zeer kleine ruimte. Elke kristalstructuur heeft twee nitraationen die verbonden zijn aan een metaalachtige moleculaire onderconstructie. De stikstof is echter mobiel, waardoor de stikstofionen zich uit de voeten maken zodra er zuurstof bijkomt. De zuurstof-ionen nemen dan vervolgens hun plek in op de kobaltbasis.

Dit proces verloopt binnen de gehele kristalstructuur ontzettend snel, tot alle vrije zuurstof is verdwenen, tenminste. En de tegenovergestelde migratie – die van de terugkerende stikstof – gebeurt eigenlijk even snel.

De kobaltbasis is essentieel voor dit soort zuurstofsponzen om te kunnen functioneren. Zuurstof bindt zich aan het ijzer in je bloed en in dit geval aan het metaal kobalt. "Kobalt geeft het nieuwe materiaal precies de juiste moleculaire en elektronische structuur die het mogelijk maakt om zuurstof uit de omgeving op te nemen," legt McKenzie uit.

"Dit mechanisme wordt op aarde door alle ademende wezens gebruikt," zegt ze. "Mensen en vele andere soorten gebruiken hiervoor ijzer, maar er zijn ook andere dieren, zoals krabben en spinnen, die koperoxide gebruiken. Een kleine hoeveelheid metaal is essentieel om zuurstof op te nemen het is daarom ook niet vreemd dat dit nieuwe materiaal op dezelfde manier functioneert."

De Deense onderzoekers hebben al één specifieke toepassing van deze technologie op het oog. Voor het verstrekken van extra zuurstof aan iemand – of ze nu lijden aan COPD of naar de top van de Mount Everest klimmen – zijn er op dit moment ingewikkelde pompen en tanks nodig. Maar McKenzie stelt zich voor dat het met dit nieuwe materiaal mogelijk is om een simpel masker te maken waar zuurstofgeladen kobalt inzit.

Het materiaal is overigens ook geschikt om zuurstof te absorberen uit water, dus het zou in de toekomst mogelijk kunnen zijn dat duikers lange tijd onderwater kunnen zwemmen zonder zuurstoftanks. "Een paar korrels bevatten genoeg zuurstof voor één teug adem," zegt McKenzie. "en als het materiaal zuurstof kan opnemen uit het water rond de duiker en vervolgens ook aan hem levert dan zal hij maar een paar korrels mee hoeven nemen."