Rost kann nützlich sein

Nanoteilchen des Korrosionsproduktes helfen beim Entgiften von Wasse oder beim Transprot von Arzneimitteln im menschlichen Körper


Ein Bericht von Frank Ufen, veröffentlicht in der FLZ am 20./21.Juni 2015.

Rost gibt es auf der Erde in ungeheuren Massen. Schul daran sin din erster Linie einige Mikrooraganismen, die vor etwa vier Milliarde Jahren anfingen, das damals im Ur-Ozean vorhandene Eisen in Eisenoxid - also Rost - zu verwandeln. Doch Rost hat einen schlechten Ruf. Die Schäden, die er anrichtet, sind beträchtlich. In den Vereinigten Staaten dienen schätzungsweise 40 Prozent der jährlich produzierten Stahlmenge einzig und allein dazu, korrodierte Bauteile zu ersetzen. Und nach den Berechnungen der Word Corrosion Oraganization werden in den Industrieländern Jahr für Jahr drei bis vier Prozent des Bruttoinlandsproduktes durch Rost vernichtet.

Trotz alleldem ist Rost etwas überaus Nützliches. Stahl für den Bau von Brücken, Leitplanken, Fassaden oder Schienenfahrzeugen etwa muss widerstandsfähig sein. Spezielle Sorten werden wetterfest durch einen Rostpanzer, der sie vorm Verrosten schützt. Bei diesen Sorten handelt es sich um Stahllegierungen, die neben geringen Kupferanteilen auch Chrom, Nickel, Phosphor, Silizium oder Mangan enthalten. Ist solcher Stahl ständig Sauerstoff, Feuchtigkeit und aggressiven Gasen wie Schwefeldioxid ausgesetzt, bildet sich auf seiner Oberfläche eine undurchdringliche Sperrschicht aus Rost. Diese Patina erneuert sich immer wieder selbst, und wenn sie an einer Stelle beschädigt ist, repariert sie sich auch selbst.

Mit Rost uns Solarzellen lässt sich außerdem Wasserstoff umweltschonend und kostengünstig erzeugen. Ein schweizerisch-israelisches Forschungsteam unter der Leitung des Lausanner Physikers Michael Grätzel hat herausgefunden: Wasser lässt sich mit einer photoelektrischen Tandem-Solarzelle äußerst effizient in Sauerstoff und Wasserstoff aufspalten - wenn die Elektroden mit einer Rostschicht überzogen sind, die eine ganz spezielle blumenkohlförmige Nanostruktur aufweist.

Dass Rost obendrein ser gut zu gebrauchen ist, um Nanoteilchen aus Metall und Metalllegierungen herzustellen, hat der niederländische Chemiker Marc Koper entdeckt: "Legt man an ein Stück Metall eine negative elektrische Spannung an, wird das Metall vor Korrosion geschützt", erklärt Koper. "Aber regelt man die negative Spannung sehr hoch, setzt die Schutzwirkung aus und die Korrosion beginnt wieder." Das hatte zwar schon Frizt Haber vor über 100 Jahren bemerkt.  "Doch wir haben nun entdeckt, dass man damit Nanoteilchen aus Metall herstellen kann, und zwar sehr effektiv."

Koper ist selbst erstaunt darüber, dass sein Verfahren phantastisch funktioniert, obwohl es nur einen geringen technischen Aufwand erfordert. Er nimmt einfach etwas Sodawasser und taucht ein Stück Metall hinein, zum Beispiel Silber. An dieses Silber legte er dann eine hohe negative Spannung an - und schon zersetzt sich das Silber in lauter winizige Nanoteilchen. "Dass sa so einfach geht, hätten wir selbst nicht gedacht." In einer Reihe von Ländern der dritten Welt sind etliche Trinkwasserquellen mit Arsen verseucht. Es ist mühsam und teuer, dieses Arsen herauszufischen. Deoch ene neue Methode der amerikanischen Chemikerin Vicki Colvin hilft. Auch dabei kommt reichlich Rost zum Einsatzt  - in diesem Fall sind es gerade einmal zehn bis zwanzig Millionstel Millimeter große Rostpartikel. Diese Eisenoxid-Nanopartikel haben die segensreiche Eigenschaft, Arsen chemisch zu binden. Und da sie magnetisch sind, lassen sie sich anschließend mit Elektromagneten schnelle wieder aus dem Wasser herausziehen. Seit einigen Jahren giebt es sogar ein Verfahren, mit dem Giftstoffe im Erdreich und im Trinkwasser durch mikroskopisch kleine Rostteilchen beseitigt werden. Die Nanonpartikel werden dabei mit Wasser aufgeschlämmt und direkt in den verseuchten Boden eingeleitet, wo sic sich überall im Grundwasser verteilen können. Diese Partikel sind aufgrund ihrer ungeheuren Reaktivitiät im Stande, organische Giftstoffe zu zerlegen und Blei, Quecksilber und andere Schwermetalle in weit weniger schädliche Verbindungen umzuwandeln. 

Nanopartikel aus Rost können aber Giftstoffe nicht nur beseitigen, sondern sie auch in der Luft, im Wasser und in Lebensmitteln aufspühren: Der amerikanische Chemiker Vincent Remcho hat Eisenoxid-Nanoperlen mit elektronischen Sensorgeräten gekoppelt. "Da diese Nanoperlen aus Eisen bestehen", erklärt Remcho, "können wier Magnetismus und Elektronik nutzten, um sie als ein Signalsystem zu verwenden, das Untersuchungsergebnisse augenblicklich zugänglich macht."

Auf den Nanoperlen sitzten Antikörper, an denen die Moleküle der giftigen Substanzen hängen bleiben und sich schließlich mit ihnen chemisch verbinden. Geschiet das, ist die Substanz eindeutlig identifiziert und markiert. Dann kommt es zu einer ferromagnetischen Resonanz der Rost-Nanopartikel. Sofort danach meldet der Computer die Art des chemischen oder biologischen Stoffes.

Rost ist für den menschlichen Organismus völlig harmlos. Davon profitiert die Medizin. Rost-Nanopartikel werden als Kontrastmittel bei Magnetresonanztomografie-Untersuchungen eingesetzt. Man schleust außerdem Rostpratikel, die mit Wirkstoffen beladen sind, durch den Körper, lässt sie Krankheitsherde ansteuern und genau dort ihre Fracht abladen. Und man spritzt eine Lösung mit magnetischen Eisenoxidpatikeln in Krebsgeschwulste, legt ein magnetisches Wechselfeld an und versetzt sie in Schwingung. Dadurch heizen sie sich auf, die Hitze demoliert oder zerstört die Tumorzellen. 

Diese neuartige Therapie steckt allerdings noch in der Erprobungsphase und ist nicht unumstritten. Aber eines ist dafür absolut sicher: Rost hat noch eine große Zukunft.