Chemiker Jan J. Weigand von der Technischen Universität Dresden wird in den nächsten fünf Jahren intensiv an neuen Verfahren und Wegen für eine nachhaltigere Chemie forschen. Neben der Rückgewinnung von Phosphorverbindungen und der nachhaltigen Verwendung von nicht erneuerbaren und kritischen Ressourcen soll dabei auch die Risikominderung bei gefährlichen Abfällen eine Rolle spielen. Ein innovatives und zugleich risikobehaftetes Vorhaben, welches die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen eines Reinhart Koselleck-Projekts mit knapp einer Million Euro fördert.
Erst kürzlich hat das Team um Chemiker Prof. Jan J. Weigand einen entscheidenden Durchbruch in der Phosphorchemie vermeldet: In einer Publikation in „Nature Synthesis“ stellen sie ein innovatives und zugleich sehr einfaches Verfahren zur Herstellung phosphorhaltiger Chemikalien vor, welches ohne gefährliche Zwischenprodukte, wie weißen Phosphor, auskommt.
Im nächsten Schritt möchte das Team nun die Bandbreite der mit dem neuartigen Verfahren herstellbaren phosphorhaltigen Chemikalien erweitern und damit einen direkten und nachhaltigeren Zugang zu einer Vielzahl von Plattformchemikalien ermöglichen.
Phosphor und seine Verbindungen sind aus unserem Alltag bisher nicht wegzudenken – allein die Anwendung in Düngemitteln ist unersetzlich und trägt wesentlich zur Ernährung der Weltbevölkerung bei. Von den weltweit abgebauten 190 Millionen Tonnen Rohphosphor pro Jahr werden 80 Prozent zu Dünger verarbeitet. Doch der derzeitige verschwenderische Umgang mit dem lebenswichtigen Element führt zu einer Erschöpfung der natürlichen und verfügbaren Phosphorvorräte auf der Erde.
Daher wurden Phosphatgestein und elementarer Phosphor in die Liste der kritischen Rohstoffe aufgenommen. Prognosen zufolge könnten die weltweiten Vorräte bereits in 100 Jahren aufgebraucht sein.
„Aus diesen Gründen ist die Entwicklung neuer und innovativer chemischer Methoden in der Wertschöpfungskette des Elements Phosphor dringend erforderlich. Die Problematik der Phosphorrückgewinnung durch wirklich geeignete großtechnische Recyclingprozesse zur Wiedergewinnung wertvoller Phosphorverbindungen wird sich in Zukunft drastisch verschärfen“, erklärt Dr. Kai Schwedtmann, einer der führenden Mitarbeiter dieses Projekts und Miterfinder von Patenten, die diesem Forschungsvorhaben zugrunde liegen.
In einem hochgradig explorativen Projekt möchte das Team versuchen, über elektrochemische Methoden phosphorhaltige Chemikalien in einem effizienten Kreislaufprozess zu recyceln. „In unserer Blaupause für eine moderne nachhaltige Phosphorchemie, untersuchen wir systematische und sukzessive atom- und energieeffizientere Wege zur Desoxygenierung von Phosphorsäure und recycelten Phosphorressourcen wie zum Beispiel Phosphorsäure und Struvit aus der Klärschlammaufbereitung oder Lithiumeisenphosphat aus dem Batterierecycling.
Eine Erweiterung dieses Ansatzes ist die Synthese verschiedener Hexafluorophosphat-(PF6)-Salze, ausgehend von hochproblematischem Stoffen wie zum Beispiel Uranhexafluorid (UF6). Salze des Anions PF6- gehören zu den wichtigsten Bestandteilen moderner Batterieelektrolyte“, erklärt Jan J. Weigand, Inhaber der Professur für Anorganische Molekülchemie an der TU Dresden.
Prof. Weigand ist auch Mitglied des internationalen Experten-Pools des Großforschungszentrums Center for Transformation of Chemistry (CTC) und betont die Bedeutung dieses Projekts in diesem Kontext: „Die Vision des CTC, die Chemieindustrie hin zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft zu transformieren, ist von zentraler Bedeutung. Unsere Forschungsarbeit zielt darauf ab, innovative Lösungsansätze zu entwickeln, die eng mit den Zielen des CTC zur nachhaltigen Nutzung von Ressourcen und zur Reduzierung von Umweltauswirkungen verbunden sind. Wir sind stolz darauf, unsere Expertise in diesem wegweisenden Projekt einzubringen und einen Beitrag zur Transformation der Chemieindustrie ganz besonders auch im Bereich der Phosphorchemie und Recycling zu leisten.“