07.09.2020 - Ruhr-Universität Bochum (RUB)

Chemie in Mahlbechern ohne Lösungsmittel

Lösungsmittel machen einen großen Anteil des Mülls aus, der in der chemischen Industrie entsteht: Lars Borchardt kann darauf komplett verzichten

Normalerweise werden chemische Reaktionen in Lösungsmitteln durchgeführt, die dann vom Wunschprodukt wieder abgetrennt werden müssen und dabei jede Menge Müll erzeugen. Prof. Dr. Lars Borchardt, Leiter der Arbeitsgruppe Mechanochemie an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) will weg vom Lösungsmittel: Er setzt allein auf mechanische Energie. Dafür nutzt er Kugelmühlen, in denen Mahlkugeln wie Murmeln zusammenstoßen und so chemische Reaktionen initiieren. Das vermeidet Abfall und birgt das Potenzial für bisher unbekannte Reaktionen und Produkte. Bei seinem Vorhaben wird Lars Borchardt mit einem Starting Grant des European Research Council (ERC) gefördert.

Chemie umweltfreundlicher machen

Üblicherweise finden chemische Reaktionen in Lösungsmitteln statt. Häufig sind diese Lösungsmittel umweltschädlich oder sogar giftig. Ihre Abtrennung ist oft zeit-, kosten- und ressourcenaufwändig, und es bleibt jede Menge Müll zurück. „Man sagt, dass für Basischemikalien bis zu fünfmal, für Feinchemikalien bis zu 50-mal und für pharmazeutische Chemikalien bis zu 150-mal mehr Müll produziert wird als das eigentliche gewünschte Produkt“, illustriert Lars Borchardt.

Mit den Mitteln seines ERC Grants entwickelt er Synthesekonzepte, die komplett auf Lösungsmittel verzichten. „Dazu verwenden wir die Ausgangsstoffe in Pulverform, füllen sie zusammen mit Mahlkugeln in einen Becher und mahlen das Ganze für einige Minuten“, erläutert er. Die Kugeln bewegen sich durch die Drehung des Mahlbehälters frei im Inneren und stoßen unzählige Male aneinander. Die Stoßenergie beim Zusammenprall zweier Kugeln kann genutzt werden, um Stoffe miteinander in Reaktion zu bringen.

Neuer Zweig der Katalyse

„Die Chemie dahinter ist bisher noch wenig verstanden“, so Borchardt. „Wir gehen aber davon aus, dass sie anders ist als das, was wir unter klassischer Chemie verstehen.“ Hinweise darauf sind, dass bei diesem Vorgehen Reaktionen funktionieren, die normalerweise nicht ablaufen, dass Reaktionen viel schneller als üblich ablaufen oder unerwartete Produkte entstehen. „Der Clou am Projekt ist, dass wir Katalyse in der Mühle machen“, verdeutlicht der Chemiker. Während man normalerweise für die Katalyse aufwendig hergestellte Stoffe nutzt, belegt das Team, dass man die Mahlkugeln selbst als Katalysatoren verwenden kann. „Das vereinfacht die ganze Chemie grundlegend und ist wahrscheinlich ein völlig neuer Zweig der Katalyse.“

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Ruhr-Universität Bochum
  • News

    Wie eingesperrte Protonen wandern

    Protonen können in wässrigen Lösungen üblicherweise sehr schnell wandern – schneller als andere Ionen. Das gilt allerdings nur, wenn sie mehr als zwei Nanometer Platz haben, wie eine Studie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der University of California in Berkeley zeigt. Auf engem Raum ... mehr

    Schritt für Schritt zum Endprodukt per Enzymkatalyse

    Die Herstellung des Zuckers Trehalose, der als functional food, Additiv in Pharmaprodukten oder in Kosmetika eingesetzt wird, ist für Enzyme Teamarbeit: Eines sorgt für den Bau eines energiereichen Zwischenprodukts (UDP-Glukose), aus dem das zweite dann Trehalose macht. Obwohl Nummer eins b ... mehr

    Wie Cola nach einem Jahr noch prickelt

    Sorgt man gezielt dafür, dass sich in Plasmen Polymere bilden und auf den umgebenden Oberflächen ablagern, kann man diese gezielt beschichten. Dank dieser sogenannten Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition, kurz PECVD, kann man zum Beispiel dünnste, gasdichte Beschichtungen auf die Inne ... mehr

  • q&more Artikel

    Maßgeschneiderte Liganden eröffnen neue Reaktionswege

    Zum ersten Mal konnte ein effizienter Katalysator für die palladiumkatalysierten C–C-Bindungs-knüpfungen zwischen Arylchloriden und Alkyllithium-Verbindungen gefunden werden. Diese Reaktion ermöglicht einfachere Synthesewege für wichtige Produkte. mehr

    Mit Licht und Strom dem Schicksal einzelner Nanopartikel auf der Spur

    Die Kombination aus Dunkelfeldmikroskopie und Elektrochemie macht einzelne Nanopartikel in flüssigem Medium sichtbar. Hiermit kann die Aktivität von Katalysatoren während ihrer Anwendung ermittelt werden. mehr

    Vibrationsspektroskopie - Labelfreies Imaging

    Spektroskopische Methoden erlauben heute mit bisher unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung tiefe Einblicke in die Funktionsweise biologischer Systeme. Neben der bereits sehr gut etablierten Fluoreszenzspektroskopie wird in den letzten Jahren das große Potenzial der labelfreien Vib ... mehr

  • Autoren

    Henning Steinert

    Henning Steinert, Jahrgang 1993, studierte an der Carl‑von‑Ossietzky Universität Oldenburg Chemie, wo er sich unter anderem mit der Aktivierung von Si–H-Bindungen an Titankomplexen beschäftigte. Aktuell promoviert er an der Ruhr-Universität Bochum am Lehrstuhl für Anorganische Chemie II von ... mehr

    Prof. Dr. Viktoria Däschlein-Gessner

    Viktoria Däschlein-Gessner, Jahrgang 1982, studierte Chemie an den Universitäten Marburg und Würzburg und promovierte im Jahr 2009 an der TU Dortmund. Nach einem Postdoc-Aufenthalt an der University of California in Berkeley (USA) leitete sie eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe an der Univers ... mehr

    Kevin Wonner

    Kevin Wonner, Jahrgang 1995, studierte Chemie mit dem Schwerpunkt der elektrochemischen Untersuchung von Nanopartikeln an der Ruhr-Universität Bochum und ist seit 2018 Doktorand am Lehrstuhl für Analytische Chemie II von Prof. Dr. Kristina Tschulik im Rahmen des Graduiertenkollegs 2376. Er ... mehr