Persistente Schadstoffe als Ressource für eine nachhaltige Halogen-Kreislaufwirtschaft

Halogenierte Chemikalien sind durch ihre chemische Stabilität in Produkten wie Pflanzenschutzmitteln, Elektronik-Flammschutzmitteln oder medizinischen Kontrastmitteln weit verbreitet. Doch genau diese Beständigkeit verhindert ihre Rückkehr in den Wertstoffkreislauf und führt zur Anreicherung in Ökosystemen. Besonders fluorierte Verbindungen (PFAS) oder chlorierte Pestizide wie Lindan belasten über Jahrzehnte hinweg Umwelt und Gesundheit, da sie dem natürlichen Abbau widerstehen. Einen Lösungsweg aus dieser ökologischen Sackgasse beschreiben Prof. Siegfried R. Waldvogel und Dr. Sebastian Beil in einem aktuellen Perspektiven-Artikel.

Ressourcen im Abfall: Globale Depots als Rohstoffquelle

Weltweit lagern gigantische Mengen halogenierter Schadstoffe, die künftige Ressourcen bilden könnten. Dazu zählen vier bis sieben Millionen Tonnen Lindan-Rückstände aus der Pestizidproduktion, jährlich 60 Millionen Tonnen PVC-Abfälle sowie bromierte Flammschutzmittel, die bis zu einem Drittel des Kunststoffgewichts ausmachen. Auch iodierte Kontrastmittel in Abwässern oder das Industriegas Schwefelhexafluorid (SF6​) stellen global relevante Depots dar. Konventionelle Methoden können diese wertvollen Halogene kaum rückgewinnen. Daher setzt Prof. Siegfried Waldvogel auf die Elektrochemie: „Die Elektrochemie bietet eine energieeffiziente Strategie, um globale Schadstoffprobleme in nachhaltige Wertschöpfungsketten zu überführen.“

Elektrochemie als Schlüsseltechnologie

Das Team um Waldvogel nutzt elektrischen Strom, um Halogene gezielt aus Schadstoffen abzuspalten und für neue Synthesen zu nutzen. Dieser Ansatz bietet erhebliche Vorteile. Die Reaktionen erfolgen unter milden Bedingungen bei Raumtemperatur und verzichten auf toxische Zusatzstoffe. Durch den Einsatz erneuerbarer Energien verbessern sie die CO₂-Bilanz massiv. Konkrete Anwendungen belegen das Potenzial: Lindan-Abfall wird zur Chlorquelle für neue Dichlorverbindungen, wobei Benzol als Nebenprodukt entsteht. Bei PVC-Abfällen ermöglicht die elektrochemische Dechlorierung neben der Chlor-Rückgewinnung den Erhalt des Polymerrückgrats, während komplexe bromierte Flammschutzmittel wie HBCD erfolgreich in wertvolles Cyclododecatrien umgewandelt werden.

Erweiterung des Konzepts: Von Iod bis Schwefelhexafluorid

Die elektrochemischen Verfahren erweisen sich als bemerkenswert vielseitig: Bei iodierten Kontrastmitteln wie Iomeprol ermöglichen sie eine nahezu vollständige Deiodierung mit Rückgewinnungsraten von über 95 Prozent – ein Verfahren, dessen Praxistauglichkeit bereits von Partnern wie der Bayer AG geprüft wird. Selbst das extrem stabile Isoliergas Schwefelhexafluorid (SF_6​​) lässt sich mittels kombinierter Photochemie und Elektrochemie in Bausteine für medizinische Anwendungen umwandeln. Um die Handhabung der reaktiven Halogene sicher zu gestalten, entwickelte das Team zudem innovative Speichermethoden: Durch die Einlagerung in Polyhalogenid-Ionen oder Trägermaterialien auf Cyclodextrinbasis werden Transport- und Lagerungsrisiken effektiv minimiert.

Perspektiven: Kreislaufwirtschaft und Defossilisierung

Diese elektrochemischen Ansätze legen den Grundstein für eine nachhaltige Halogen-Kreislaufwirtschaft, die einen dreifachen Nutzen bietet. Sie entlastet die Umwelt durch die stoffliche Nutzung statt der Deponierung von Schadstoffen wie Lindan oder PCBs, schont Ressourcen durch den Ersatz fossiler Quellen wie Steinsalz und schafft zusätzliche Wertschöpfung, indem Kohlenstoffgerüste aus PVC oder Lindan als nicht-fossile Grundchemikalien dienen. Für die industrielle Skalierung entwickelt das Team standardisierte Reaktoren und optimierte Prozessparameter, flankiert durch Initiativen wie den BMBF-Zukunftscluster „ETOS“ und das Projekt „Halocycles“ der Carl-Zeiss-Stiftung. Wie Waldvogel betont, erfordert die Umsetzung jedoch gemeinsame Anstrengungen: „Wissenschaft, Behörden und Politik müssen gemeinsam Rahmenbedingungen schaffen, um diese Technologien in die Praxis zu überführen.“

Quelle

Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (02/2026)