Interview mit Prof. Dr. Waldvogel und Prof. Dr. Streb
Prof. Dr. Carsten Streb von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz leitet das Projekt und erläutert gemeinsam mit dem ursprünglichen Projektinitiator Prof. Dr. Siegfried R. Waldvogel vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion im Gespräch Ziele, Fortschritte und das Potenzial der Forschung für eine nachhaltige Industrie und Energieversorgung.
| Organisation: | Johannes Gutenberg-Universität Mainz |
|---|---|
| Fachgebiet: | Chemie |
| Themenschwerpunkte: | RessourcenEffizienz |
Wie entstand die Idee für das Projekt „Halocycles“ und warum erschien Ihnen dieses Forschungsfeld besonders vielversprechend?
Nach einem 2021 in Science veröffentlichten Paper lag das Thema förmlich in der Luft. Stellen Sie sich vor: Abfälle, die bislang kaum handhabbar sind oder nur schwer entsorgt werden können, plötzlich als Rohstoffquelle für eine zukünftige Chemie zu nutzen. Das Konzept für den Antrag entstand daher bereits sehr früh und war ursprünglich für ein Format des European Research Council vorgesehen. Im Austausch mit Kolleginnen und Kollegen wurde jedoch schnell deutlich, dass das Förderprogramm „CZS Durchbrüche“ der Carl-Zeiss-Stiftung ein ideales Format für das Vorhaben darstellt.
Welche wissenschaftlichen oder technischen Herausforderungen sind derzeit besonders prägend für Ihre Arbeit?
Wissenschaftliche Ergebnisse im Labor lassen sich oft vergleichsweise schnell erzielen. Die Übertragung in die praktische Anwendung ist dagegen häufig mit deutlich größeren Herausforderungen verbunden. Dabei wird oft unterschätzt, wie wichtig eine passende Aufarbeitung der Prozesse ist. Anders gesagt: Wenn Sie in der Küche einen Kuchen backen, stellt sich anschließend die Frage, wie man ihn sauber aus der Form und vernünftig auf den Teller bekommt. Ganz ähnlich ist es in der Chemie. Aufreinigung und Aufarbeitung können deutlich aufwendiger sein als die eigentliche chemische Umsetzung. Deshalb müssen chemische Verfahren ganzheitlich gedacht und entwickelt werden – und dafür braucht es transdisziplinäre Ansätze.
Mit Halocycles wollen wir Abfälle, die bislang kaum handhabbar sind, als Rohstoffquelle für eine zukünftige Chemie nutzbar machen und so einen Beitrag zu einer nachhaltigen Industrie leisten.
Gab es im Projektverlauf bislang Ergebnisse oder Entwicklungen, die Sie selbst überrascht oder Ihre Erwartungen übertroffen haben?
In der Tat gab es eine Reihe von Entwicklungen, die wir so nicht vorhergesehen hatten. Wären wir dem ursprünglichen Konzept aus dem zuvor genannten Science-Paper treu geblieben, wäre das Projekt heute vermutlich nicht so weit fortgeschritten. Man muss den „Wink der Wissenschaft“ erkennen und verstehen, und die Forschung entsprechend weiterentwickeln.
Manchmal ergeben sich sogar bessere Möglichkeiten, und genau das war hier der Fall. Durch agiles Forschen und Projektmanagement sind wir heute in der Lage, Verfahren und Prozesse sauberer zu gestalten als wir es ursprünglich für möglich gehalten hätten.
Wie erleben Sie die Zusammenarbeit im Projekt – sowohl zwischen den verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen als auch mit externen Partnern aus der Industrie?
Die Zusammenarbeit in Halocycles ist zwanglos produktiv und sehr konstruktiv. Das liegt unter anderem an der Tatsache, dass sich die Projektpartner bereits vor Projektbeginn kannten und auf einer vertrauensvollen Basis zusammenarbeiten konnten.
Die richtigen Kooperationspartner zusammenzubringen und deren Zuverlässigkeit einschätzen zu können, ist für den Erfolg solcher Verbünde essenziell. Kooperationen zwischen Akademia und Industrie, aber auch zwischen akademischen Gruppen entwickeln sich, ähnlich wie Beziehungen, über die Zeit. Man lernt dabei, wie die Kolleginnen und Kollegen arbeiten und welche Aufgaben und Verantwortlichkeiten man ihnen zutrauen kann.
Über elektrochemische Prozesse können wir wertvolle Halogene und organische Verbindungen zurückgewinnen, anstatt sie erneut aus fossilen oder mineralischen Quellen zu gewinnen.
Welche konkreten Beiträge kann Halocycles zur Lösung aktueller gesellschaftlicher Herausforderungen leisten – etwa im Hinblick auf Klimaschutz, Ressourcenknappheit oder Energieversorgung?
Seit über einem halben Jahrhundert hat die chemische Industrie Insektizide, aber auch bestimmte Polymere hergestellt, die große Mengen Chlor und andere Halogene enthalten. Diese Verbindungen werden als persistent bezeichnet, weil sie in der Natur praktisch nicht abgebaut werden. Mithilfe der Elektrochemie lassen sich diese Halogene nun aus den Verbindungen herauslösen, ohne das molekulare Rückgrat zu zerstören. Das ist wichtig, denn bei einer Verbrennung würde dieses Rückgrat in Kohlendioxid umgewandelt und damit wertvolle chemische Grundstoffe vernichtet.
Bei der Elektrolyse ist dies nicht der Fall. Über den elektrochemischen Weg können sowohl Halogene als auch organische Verbindungen zurückgewonnen werden, anstatt sie erneut aus Mineralien oder fossilen Quellen zu gewinnen. So ermöglichen wir eine Kreislaufwirtschaft und können Altlasten, etwa aus Giftmülldeponien oder Polymer-Endlagerstätten, wieder nutzbar machen und einer weiteren Verwendung zuführen. Gleichzeitig wird dadurch auch der Bedarf an Erdöl reduziert.
Einer unserer Prozesse kann beispielsweise große Mengen Benzol zurückgewinnen, welches die chemische Industrie dringend als Rohstoff benötigt. Dieser Kreislaufprozess wird durch elektrischen Strom angetrieben. Wir entwickeln unsere Verfahren gezielt so weiter, dass Strom-Überangebote – etwa aus Photovoltaik oder Windkraft – genutzt werden können und ein flexibler Einsatz solcher Überschüsse zur Wertschöpfung möglich wird.
Neben der Rückgewinnung von Chlor, Brom und Jod wird langfristig auch der Abbau fluorierter Verbindungen („Forever Chemicals“) notwendig sein, wie sie beispielsweise in Teflon, aber auch in vielen anderen Substanzen des modernen Lebens vorkommen.
Wenn Sie einen Blick in die Zukunft wagen: Welchen Beitrag kann Halocycles langfristig zu einer nachhaltigeren Industrie und Gesellschaft leisten?
Viele halogenierte Abfälle, über die wir heute sprechen, lagern in gigantischen Deponien, welche sich meist in öffentlicher Hand befinden. Die Beseitigung dieser Giftmülldeponien und ihre gleichzeitige Nutzung als Rohstofflagerstätten ist daher eine wichtige Aufgabe – sowohl für unsere Generation als auch für zukünftige Generationen. Aufgrund ihrer Größe werden diese Lagerstätten zudem eine Nutzung über viele Jahrzehnte hinweg ermöglichen.
Was sind die nächsten entscheidenden Schritte im Projekt – und wo sehen Sie die größten Hürden auf dem Weg dorthin?
Inzwischen konnten einige wichtige Durchbrüche erzielt werden, sodass aus Halocycles heraus mittlerweile größere Folgeanträge entstanden sind, deren Volumen das ursprüngliche Projekt um ein Vielfaches übersteigt.
Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass Pilotanlagen und Demonstratoren zur Hochskalierung der Verfahren Investitionen in Millionenhöhe erfordern. Deshalb stellen wir in diesem Bereich EU-Anträge, um gemeinsam mit Industrieunternehmen die Umsetzung unter realen Bedingungen voranzutreiben.
Oder, wie man in Schwaben sagen würde: Die Unterstützung durch die Carl-Zeiss-Stiftung wird extrem gut verzinst.