Phosphorherstellung wird umweltverträglicher

Laborantin: Phosphor ist in tausenden Produkten enthalten (Foto: pixabay.com, 4339272)

Cambridge (pte004/23.02.2023/06:15) - Mindestens halbiert werden die Emissionen bei der Herstellung von weißem Phosphor mit einem neuen Verfahren, das die MIT ( https://mit.edu )-Forscher Jonathan "Jo" Melville, Andrew Licini und Yogesh Surendranath entwickelt haben. Weißer Phosphor ist das Ausgangsprodukt für Phosphorverbindungen in tausenden Produkten, darunter Herbizide, Lithium-Ionen-Batterien und sogar Erfrischungsgetränke.

Extrem starke Bindung knacken

Phosphor wird aus Phosphat gewonnen, das wie andere Mineralien in Lagerstätten vorkommt, vor allem in Marokko und der Westsahara im Süden des Landes. Ein großer Teil wird direkt zur Herstellung von Phosphatdünger verwendet. Der Rest wird in weißen Phosphor umgewandelt, das aus vier aneinandergereihten Atomen besteht. Phosphat dagegen besteht aus einem Phosphor- und vier Sauerstoffatomen. Sie hängen wie Kletten aneinander, haben also eine außerordentlich starke Bindung, die nur mit hohem Energieaufwand zu knacken ist. Heute geschieht das durch Erhitzen auf mindestens 1.500 Grad Celsius mithilfe von Koks. Dabei werden große Mengen an CO2 frei.

"Dieser Prozess hat sich seit seiner Einführung vor über einem Jahrhundert nicht wesentlich verändert. Wir hatten die Idee, es mit erneuerbarem Strom zu versuchen, die Umwandlung von Phosphat in weißen Phosphor also mit Elektronen voranzutreiben, anstatt Kohlenstoff zu verwenden", so sagt Surendranath. Die Forscher fanden heraus, dass sich die Bindung zwischen den Atomen mit einer speziellen Form von Phosphorsäure schwächen lässt. Als sie dann elektrischen Strom hindurchleiteten, lösten sich die Bindungen endgültig. Es entstand weißer Phosphor. Ganz ohne Wärme geht es aber nicht. Aber 800 Grad sind weniger umweltschädlich als 1500. Der Phosphor wird in dem Prozess gasförmig frei und kann aufgefangen werden.

Elektrode macht noch Klima-Ärger

Einen Haken gibt es aber noch. Die Elektrode, mit der Strom in das Phosphat geleitet wird, besteht aus Kohlenstoff. Dieser reagiert mit dem entstehenden Sauerstoff, sodass CO2 frei wird. In der Gesamtschau erreichen die MIT-Chemiker zwar eine deutliche Absenkung der Emissionen, doch zufrieden sind sie noch nicht. Jetzt suchen sie nach einem Elektrodenmaterial, das keine CO2-Bildung zulässt.

Wenn es dann noch gelingt, den Prozess zu skalieren und breit verfügbar zu machen, können industrielle Anwender weißen Phosphor vor Ort erzeugen, anstatt ihn von den wenigen Orten auf der Welt zu beziehen, an denen er derzeit hergestellt wird. Das würde die Risiken des Transports von weißem Phosphor, einem explosiven Material, drastisch verringern.

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