Elektrolyse löst eines der grössten Altlastenprobleme

Sie galten einst als Wundermittel ¨C Insektizide wie Lindan oder DDT, die im 20. Jahrhundert millionenfach produziert und eingesetzt wurden. Doch was als Fortschritt gefeiert wurde, f¨¹hrte zu einer globalen Umweltkatastrophe: Persistente organische Schadstoffe (POPs) sind chemisch so stabil, dass sie jahrzehntelang in B?den, Gew?ssern und Lebewesen verbleiben. Sie reichern sich im Fettgewebe von Tieren an und gelangen so in die menschliche Nahrungskette. Viele dieser Substanzen wurden l?ngst verboten, doch ihre Spuren finden sich noch heute ¨C sogar im menschlichen Blut.

Die Sanierung solcher Altlasten in B?den, Gew?ssern und Deponien ist eine der grossen offenen Fragen des Umweltschutzes. Wie lassen sich hochstabile Gifte unsch?dlich machen, ohne neue Probleme zu schaffen? Forschende der ETH Z¨¹rich unter der Leitung von Bill Morandi, Professor f¨¹r synthetische organische Chemie, haben nun einen vielversprechenden Ansatz gefunden. Mit einer neuartigen elektrochemischen Methode gelingt es ihnen, die langlebigen Schadstoffe nicht nur abzubauen, sondern sie in wertvolle Grundstoffe f¨¹r die chemische Industrie umzuwandeln.

Schadstoffe werden zu Rohstoffen

Ein wesentlicher Unterschied zu fr¨¹heren Arbeiten besteht darin, dass das Kohlenstoffger¨¹st der Schadstoffe recycelt und wieder verwertbar gemacht wird. Die Halogenidkomponenten werden als harmloses anorganisches Salz gebunden. ?Auch von einem energetischen Punkt aus betrachtet waren die bisherigen Methoden ineffizient?, sagt Patrick Domke, Doktorand in Morandis Gruppe, und erkl?rt: ?Die Verfahren waren kostspielig und f¨¹hrten trotzdem noch zu umweltsch?dlichen Resultaten.?

Gemeinsam mit dem Elektrochemie-Spezialisten Alberto Garrido-Castro, fr¨¹herer Postdoc in dieser Gruppe, entwickelte Domke ein Verfahren, das die betreffenden Schadstoffe vollst?ndig unsch?dlich macht. Dabei konnten die beiden Forschenden auf die langj?hrige Erfahrung von ETH-Professor Morandi zur¨¹ckgreifen, der sich seit Jahren mit der Umwandlung solcher Verbindungen besch?ftigt. ?Der entscheidende Durchbruch gelang mit dem Einsatz von Wechselstrom bei der Elektrolyse. Sie spaltet die Halogenatome ab, wobei harmlose Salze wie NaCl (Kochsalz) und gleichzeitig wertvolle Kohlenwasserstoffe erzeugt werden?, erkl?rt Morandi.

Gifte zerlegen mit Strom  

Die Elektrolyse erm?glicht eine nahezu vollst?ndige Enthalogenierung der Schadstoffe unter milden, umweltfreundlichen und kosteneffizienten Bedingungen. Sie spaltet die stabilen Kohlenstoff-Halogen-Bindungen. Zur¨¹ck bleiben lediglich harmlose Salze wie Kochsalz sowie n¨¹tzliche Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Diphenylethan oder Cyclododecatrien. Diese sind wiederum gefragte Zwischenprodukte in der chemischen Industrie, etwa f¨¹r Kunststoffe, Lacke, Beschichtungen oder pharmazeutische Anwendungen. Damit leistet die Technologie nicht nur einen Beitrag zur Sanierung von Altlasten, sondern auch zur nachhaltigen Kreislaufwirtschaft. 

?Was unser Verfahren technisch so besonders macht: Wir haben es geschafft, Wechselstrom zu nutzen, also ganz normalen Haushaltsstrom. Eine billigere Ressource gibt es in der Chemie eigentlich nicht?, erkl?rt Garrido-Castro. ?Zudem sch¨¹tzt Wechselstrom die Elektroden vor Verschleiss, weswegen wir sie f¨¹r viele nachfolgende Elektrolysezyklen wiederverwenden k?nnen. Ausserdem unterdruckt der Wechselstrom unerw¨¹nschte Nebenreaktionen oder die Entstehung von giftigem Chlorgas, sodass die Schadstoffe vollst?ndig in anorganische Salze umgewandelt werden k?nnen?. Der von den Forschenden verwendete Reaktor besteht aus einer ungeteilten Elektrolysezelle, wobei Dimethylsulfoxid (DMSO) als L?sungsmittel eingesetzt wird, das selbst wiederum ein Nebenprodukt des Zellstoffprozesses bei der Papierherstellung ist. 

Kreislaufwirtschaft zu Ende gedacht 

Angewendet werden kann das Verfahren nicht nur auf Reinstoffe, sondern auch auf Gemische aus kontaminierten B?den. Erde oder Schlamm kann also ohne Vorreinung oder weitere Trennverfahren behandelt werden. Ein Prototyp des Reaktors wurde bereits erfolgreich an klassischen Umweltgiften wie Lindan und DDT getestet. ?Unsere Anlage ist mobil und l?sst sich vor Ort zusammenbauen. Somit entf?llt der Transport der gef?hrlichen Stoffe?, erkl?rt Domke.