Bæredygtig kemi i fremtiden:                                                                              Supplerende materiale

Udviklingen i den kemiske forskning har afgørende indflydelse på hele samfundsudvikling. Kemisk viden har allerede ført til en langt bedre udnyttelse af de naturligt forekommende resurser. Med syntesen af medikamenter har kemien nedbragt dødeligheden hos mennesker og dyr, og den fører os fortsat mod endnu ukendte muligheder. Bogen giver i dette kapitel et indblik i, hvordan kemi kan bidrage til et mere bæredygtigt samfund.

En typisk opstilling til en kemisk reaktion med oliebad til  opvarmning af reaktionsblandingen samt svaler til afkøling af solvent som fordamper fra reaktionsblandingen. Produktet ses til venstre.

Vi er blevet gode til at forstå sygdomme i detaljer, dvs. hvilke molekylære mekanismer der er involveret i et sygdomsforløb. Derfor er kemikere i stand til at designe lægemidler, der er specifikt rettede mod netop én sygdom. Kemisk fremstilling og design af lægemidler er dog langt fra triviel, og der går typisk 10-13 år, fra man får en idé til et lægemiddel, til det introduceres på markedet. Derfor er der nu, men i særdeleshed også i fremtiden, brug for kemikere, der kan forske i medicinalkemi.

Supplerende materiale

Nanoteknologi - på vej mod en ny industriel revolution:

Nanoteknologi og nanoscience er helt store trends inden for naturvidenskabelig og teknisk-videnskabelig forskning. Det skyldes først og fremmest to ting: De mange potentielle anvendelsesmuligheder for nanoteknologi samt det faktum, at naturvidenskab i nanoskala har vist sig at give anledning til en række nye og spændende fænomener. Det mest fantastiske er dog, at den naturlige størrelsesorden for væsentlige dele af de traditionelle naturvidenskaber netop er nanometerskala, dvs. fra ca. 0,1 til 100 nm. Dette gælder selvfølgelig i udpræget grad for kemi, men også for flere underområder af fysik og biologi.

Supplerende materiale

Lektor Pernille Harris undersøger de biologiske molekylers struktur.

Proteinstruktur

Livets kemi under lup:

Forståelse af hvordan biologiske molekyler, som f.eks. proteiner fungerer og spiller sammen, er en vigtig del af den biokemiske forskning. En betydelig brik i dette puslespil er kortlægning af molekylernes tredimensionelle atomare struktur. Kendes den, vil man ofte kunne forklare mange andre biokemiske data. Den atomare struktur kan findes ved hjælp af røntgendiffraktion, hvis man altså kan få  molekylerne til at krystallisere. Krystallisering af proteiner og andre store molekyler kan lade sig gøre, og forskningsfeltet, hvor man bestemmer store biologiske molekylers struktur ved hjælp af røntgendiffraktion, er i stor fremgang, bl.a. fordi man i dag kan fremstille store mængder protein ved gensplejsning.

Supplerende materiale

Metalloproteiner er proteiner, hvis funktion er betinget af, at der er et eller flere metaller til stede i proteinet. Disse molekyler er essentielle for mange biologiske funktioner. 

Metalloproteiners kemi:

Kromatografisk oprensning af proteiner.

Fermenteringsanlæg til produktion af    proteiner.

Kemi og bioteknologi på nanoskala- og enkeltmolekyleniveau:

Naturvidenskab og teknologi i nanometerskala tegner i stigende grad vores    videnskabelige horisont og udgør en stadig større del af teknologien i vores hverdag. Nanovidenskab og -teknologi dækker hele det naturvidenskabelige spektrum fra fysik over kemi til biologi for størrelser fra 1 til 100 nm. Her går man fra det molekylære til det makroskopiske plan. 1 nm er 1/1.000.000.000 m, den omtrentlige størrelse af ét molekyle. Kemien er forudsætningen for fabrikation og forståelse af de talrige nanoskalasystemer og ved at være bindeleddet mellem fysikken og biologien.

Brint og brændselsceller:

Vores energisystemer er i dag helt overvejende baseret på fossile brændsler som olie, gas og kul. Der er langt fra enighed om, hvor længe reserverne varer, men der er nok ingen, som forestiller sig, at disse resurser varer evigt. Mere og mere peger desuden i retning af, at global opvarmning og drivhuseffekt for en stor del er en konsekvens af menneskets aktiviteter, primært vores udledning af CO2. Vi har altså al mulig grund til at se os om efter nye og mere bæredygtige energiteknologier. Et fremtidigt energisystem kan være sammensat af mange forskellige komponenter, men en hjørnesten bliver sandsynligvis brændselscellen, der kan producere strøm uden anden udledning end vand.

 Brændselscellestak med 40 celler bygget på DTU Kemi, DTU, med den nye polymer PBI, der har driftstemperaturer på op til 200°C. De brede metalfarvede plader er køleplader til olie. Mellem hver køleplade findes enheder med 4 celler. Størrelsen svarer til ca. 2kW.

Brintsamfundet er en vision for, hvordan adgangen til energi i fremtiden kan sikres på en bæredygtig og forureningsfri måde. Før visionen bliver til virkelighed, kræver det dog mange videnskabelige gennembrud. Tværfagligt samarbejde mellem fysikere, kemikere og kemiteknikere har ført til DTU's brintpille, som kan vise sig at være et væsentligt skridt på vejen mod at virkeliggøre brintsamfundet. Det kræver dog stadig en udviklingsproces før potentialet kan realiseres, og der ligger flere fremtidige udfordringer i at  bringe brintpillen fra laboratorierne til det punkt, hvor den gør en forskel i almindelige menneskers dagligdag.

Supplerende materiale:

Spektroskopisk analyse:

I naturen og i laboratorier verden over findes og fremstilles utallige kemiske stoffer, det kan være store molekyler, f.eks. proteiner, eller helt små molekyler, alle med meget forskellig struktur og funktion. Forskerne søger øget viden om de kemiske og biologiske stoffers funktion og sammensætning, herunder den tredimensionelle struktur, så man kan se, hvordan de forskellige dele af molekylet sidder i forhold til hinanden. Undersøgelserne er på mange måder som at samle et puslespil, hvor man skal sætte brikkerne rigtigt sammen. Forskellen er, at med et puslespil, ved man, hvordan det endelige resultat skal se ud, hvorimod slutresultatet er ukendt, når man bestemmer kemiske strukturer. Man skal have en idé om en mulig sammensætning, og det at opklare den ukendte struktur er målet for en spektroskopisk analyse.

Supplerende materiale: