Chemiker aus Dresden haben weißen Phosphor gezielt in eine alternative und weniger problematische P-Zwischenstufe überführt.

Bild: Kai Schwedtmann, Tobias Schneider, TU Dresden

Nachhaltigkeit in der Industrie Alltagschemikalien aus weißem Phosphor gewinnen

04.05.2022

Chemiker der TU Dresden haben ein neues Verfahren zur Synthese wichtiger Chemikalien aus weißem Phosphor entwickelt. Das bringt Potenzial für ressourcenschonendere Prozesse in der Chemieindustrie. Die Ergebnisse gehen aus über einem Jahrzehnt intensiver Forschung hervor.

Das chemische Element Phosphor ist einer der wesentlichen Bausteine biologischen Lebens und darauf aufbauend funktionsgebender Bestandteil vieler Produkte, etwa von Arzneimitteln, Lebensmitteln oder Düngemitteln. In der Natur kommt Phosphor ausschließlich in gebundener Form als Phosphat in der Erdkruste vor. Die kontinentalen Vorkommen reichen Schätzungen zufolge aber nur noch für wenige Jahrzehnte.

Für die industrielle Verwendung werden Phosphate durch aufwendige chemische Prozesse in weißen Phosphor umgesetzt. Weißer Phosphor ist neben rotem, schwarzem und violettem Phosphor die industriell wichtigste Modifikation des Elements und bisher noch immer ein alternativloser Ausgangspunkt für die Herstellung vieler Arzneimittel, Flammschutzmittel, Batterieelektrolyte, Herbizide und weiteren Phosphorfeinchemikalien.

Für die Herstellung von phosphorhaltigen Alltagschemikalien wird der weiße Phosphor zumeist durch Chlorierung mit Chlorgas zu Phosphortrichlorid (PCl3) umgewandelt: einer korrosiven und toxischen Flüssigkeit, die als großindustrielles Zwischenprodukt eine zentrale Bedeutung für die chemische Industrie einnimmt. Die bisher alternativlose Herstellung und Verwendung von PCl3 ist allerdings problematisch.

„Ein Durchbruch in der Phosphor-Chemie“

Dem Chemiker Prof. Jan J. Weigand von der TU Dresden und seinem Team ist es nun gelungen, weißen Phosphor (P4) gezielt in eine alternative und weniger problematische P-Zwischenstufe zu überführen. Bei dem Verfahren kann auf die Verwendung von Chlorgas komplett verzichtet werden. Stattdessen sind die zur Umwandlung des weißen Phosphors benötigten Prozesschemikalien recycelbar.

„Noch stehen einer industriellen Anwendung des Prozesses ökonomische Faktoren entgegen, allerdings findet derzeit aufgrund notwendiger, nachhaltigerer Aspekte in der chemischen Industrie hier ein Umdenken statt“, sagt Dr. Kai Schwedtmann, einer der beiden Hauptautoren der Publikation. „Diese Arbeit ist ein entscheidender Durchbruch in der Phosphor-Chemie und von hoher Bedeutung für die weitere Entwicklung von nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Prozessen.“

Weitere Verfahren in Arbeit

Derzeit entwickelt Weigand mit seiner Gruppe noch weitere Konzepte, um eine Verwendung von weißem Phosphor beziehungsweise PCl3 zur Synthese von Arzneimitteln, Flammschutzmitteln, Batterieelektrolyten, Herbiziden und weiteren Phosphorfeinchemikalien überflüssig zu machen. „Um die größten Herausforderungen unserer Zeit bewältigen zu können“, sagt er, „muss ein Umdenken auch in der chemischen Industrie erfolgen. Wir wollen mit unserer Forschung einen kleinen Beitrag dazu leisten, indem wir einen ,Blueprint‛ für eine modernere und nachhaltigere Phosphorchemie entwickeln.“

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