Nachhaltigere Halogenchemie

Trotz des bereits Mitte der neunziger Jahren eingeläuteten Ausstiegs aus der Chlorchemie^[1] sowie den aktuellen Umweltdiskussionen über einige fluorierte^[2] oder bromierte Verbindungen, ist der Einsatz von Halogenen in chemischen Prozessen und Produkten immer noch notwendig. Im Bewusstsein dieser Problematik ist es Teil des Selbstverständnisses moderner Chemie, eine nachhaltigere Halogenchemie zu etablieren, in dem zum Beispiel Ressourceneffizientere Verfahren entwickelt, Recycling-Prozesse optimiert, oder neuartige Ersatzstoffe synthetisiert werden.

Unsere Arbeitsgruppe arbeitet zum Beispiel auf folgenden Themenfeldern:

SF₆ Ersatzstoffe: Schwefelhexafluorid (SF₆) gilt in der Elektroindustrie als das Standardgas, mit den besten Isolier- und Lösch-Eigenschaften für Mittel- und Hochspannungsgeräte/-anlagen. Der einzige nennenswerte Nachteil ist sein großes Treibhausgaspotential (GWP, Global Warming Potential), das bei 23.800 CO₂ äquivalenten (auf 100 Jahre) liegt. Eines unserer Ziele ist, SF₆-Ersatzstoffe zu entwickeln, die ähnlich Eigenschaften im Isolier- und Lösch-Verhalten wie SF₆ aufweisen, aber ein deutlich reduzierteres GWP besitzen.

Halogenspeicher: ElementaresChlor in größeren Mengen sicher und einfach zu speichern, stellt die chemische Industrie immer noch vor große Herausforderungen. Weltweit werden jedes Jahr ca. 75 Mio. Tonnen produziert und, in der Regel, direkt weiter in chemischen Prozessen umgesetzt. Eine industrielle Speicherung von sehr großen Mengen erfolgt aufgrund des Risikos einer Leckage kaum. Selbst bei den geringen Mengen die zur Chlorierung von Badewasser in Schwimmbädern verwendet werden (50 l Druckgasflasche), führen Leckagen regelmäßig zu Großeinsätzen mit Feuerwehr und Rettungswagen. Ein chemischer Chlorspeicher könnte Abhilfe schaffen und darüber hinaus dazu genutzt werden, den hohen Energiebedarf bei der Produktion von Chlor durch Elektrolyse ressourceneffizienter zu gestalten, in dem die Produktionsrate der Stromverfügbarkeit (Regulierung der Stromnetze) angepasst wird.

Publikationen:

• P. Voßnacker, N. Schwarze, T. Keilhack, M. Kleoff, S. Steinhauer, Y. Schiesser, M. Paven, S. Yogendra, R. Weber, S. Riedel ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2022, 10, 9525.

• P. Voßnacker, A. Wüst, T. Keilhack, C. Müller, S. Steinhauer, H. Beckers, S. Yogendra, Y. Schiesser, R. Weber, M. Reimann, R. Müller, M. Kaupp, S. Riedel Science Advances 2021, 7, 40: eabj5186

Video:

• Synthese 1kg

• Freisetzung von Chlor durch Wasser
  

Recycling-Prozesse: Über moderne Synthesestrategien, lassen sich neuartige reaktive ionische Flüssigkeiten basierend auf Polyhalogenen entwickeln. Durch die unterschiedlichen chemischen Potentiale der Halogene (F, Cl, Br, I) besteht die Möglichkeit, Stoffgemische zu trennen und diese einem Recycling-Prozess zuzuführen um somit die Wertschöpfungskette zu schließen.

 

Referenze

[1] Reinhold Buttgereit „Die Chlorchemie auf dem Prüfstand - gibt es Alternativen?“ Spektrum der Wissenschaft 1994, 8, 108

[2] XiaoZhi Lim „Tainted water: the scientists tracing thousands of fluorinated chemicals in our environment” Nature 2019, 566, 26