Ganz ohne Lösungsmittel laufen chemische Reaktionen umweltfreundlicher und nachhaltiger ab als auf klassischem Wege. Maximilian Wohlgemuth aus der Arbeitsgruppe Mechanochemie der Ruhr-Universität Bochum um Prof. Dr. Lars Borchardt hat in verschiedenen Arbeiten dazu beigetragen, lösungsmittelfreie, mechanische Verfahren weiterzuentwickeln. Dafür wurde er am 15. März 2025 mit dem Carl-Roth-Förderpreis der Gesellschaft Deutscher Chemiker ausgezeichnet. Der Preis zeichnet junge Forschende aus, die besonders zur Nachhaltigkeit in der Chemie beitragen.
Klassische chemische Verfahren erfordern oft große Mengen an Lösungsmitteln oder hohe Temperaturen, was mit hohem Energieverbrauch und viel Abfall verbunden ist. Daher setzt die Arbeitsgruppe von Lars Borchardt auf die sogenannte Mechanochemie: Sie nutzt mechanische Energie, um chemische Reaktionen anzutreiben. Konkret sieht das so aus, dass die Ausgangsstoffe in Pulverform zusammen mit Mahlkugeln in einen Becher gefüllt und einige Minuten gemahlen werden.
Kugeln stoßen aneinander
Die Kugeln bewegen sich durch die Drehung des Mahlbehälters frei im Inneren und stoßen unzählige Male aneinander. Die Stoßenergie beim Zusammenprall zweier Kugeln kann genutzt werden, um Stoffe miteinander in Reaktion zu bringen.
Maximilian Wohlgemuth hat das Konzept der direkten Mechanokatalyse mitentwickelt und erweitert. Dabei funktioniert das Mahlwerkzeug selbst als Katalysator.
„Normalerweise werden Katalysatoren als separate Reagenzien zu einer Reaktion hinzugegeben – bei der direkten Mechanokatalyse hingegen sind die katalytisch aktiven Metalle direkt auf die Mahlkugeln oder das Mahlgefäß aufgebracht“, erklärt Wohlgemuth. „Dadurch entfällt die aufwendige Trennung des Katalysators nach der Reaktion, und der Materialverbrauch an teuren Metallen wie Palladium oder Gold kann drastisch reduziert werden.“
Ein zentraler Bestandteil seiner Arbeit ist die Entwicklung einer sogenannten galvanostatischen Beschichtung von Mahlmedien mit katalytisch aktiven Metallen. Diese Technik ermöglicht es, den Einsatz wertvoller Edelmetalle erheblich zu reduzieren und gleichzeitig die Wiederverwendbarkeit der Katalysatoren zu verbessern.
Abfall vermeiden
Zudem hat er mit dem Resonant Akustischen Mischer (RAM) eine neue Technik eingesetzt, die mechanochemische Reaktionen erstmals ohne Mahlmedien wie etwa Kugeln ermöglicht. „Dadurch werden Reaktionen effizienter, besser skalierbar und wir vermeiden Abfall“, sagt Maximilian Wohlgemuth. Darüber hinaus hat er an der Festkörperoxidation von Alkoholen in goldbeschichteten Mahlgefäßen gearbeitet. Dieses Verfahren ermöglicht die selektive Oxidation zu Aldehyden, ohne dass umweltschädliche Lösungsmittel oder zusätzliche – oftmals toxische – Reagenzien erforderlich sind.
Der Preis
Der Carl-Roth-Förderpreis, verliehen von der Gesellschaft Deutscher Chemiker in Zusammenarbeit mit der Carl Roth GmbH & Co. KG, zeichnet junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus, die mit ihren Arbeiten besonders zur nachhaltigen Chemie beitragen. Der Preis wird für ressourcenschonende Synthesewege und innovative Anwendungen von Chemikalien vergeben, wobei eine Verbesserung der Nachhaltigkeit klar belegt sein muss (zum Beispiel über quantitative Kennzahlen).