Forschende der ETH Zürich unter der Leitung von Bill Morandi, Professor für synthetische organische Chemie, haben ein elektrochemisches Verfahren entwickelt, das langlebige Schadstoffe wie DDT und Lindan vollständig enthalogeniert und in verwertbare Industriechemikalien umwandelt. Das Verfahren ist auf Böden, Deponien oder Schlämme anwendbar und soll künftig in mobilen Anlagen direkt vor Ort eingesetzt werden können

Persistente Schadstoffe als Altlast

Insektizide wie Lindan oder DDT gehören zu den langlebigeren Umweltgiften des 20. Jahrhunderts. Trotz ihres Verbots sind sie aufgrund ihrer chemischen Stabilität noch immer in Böden, Gewässern und Organismen nachweisbar. Diese persistenten organischen Schadstoffe (POPs) reichern sich in der Nahrungskette an und stellen weltweit eine große Herausforderung der Altlastensanierung dar.

Elektrochemische Enthalogenierung

Der zentrale Schritt des Verfahrens ist die elektrochemische Spaltung der stabilen Kohlenstoff-Halogen-Bindungen. Bei der Elektrolyse werden die Halogenatome durch den Einsatz von Wechselstrom vollständig entfernt und als harmlose anorganische Salze gebunden. Als Lösungsmittel dient Dimethylsulfoxid (DMSO). Die Methode soll Nebenreaktionen verhindern, insbesondere die Bildung von Chlorgas, und milde, energieeffiziente Prozessbedingungen ermöglichen. Gleichzeitig bleibt das Kohlenstoffgerüst der Schadstoffe erhalten und kann zu verwertbaren Kohlenwasserstoffen umgewandelt werden.

Schadstoffe werden zu verwertbaren Rohstoffen

Der Ansatz der ETH Zürich ermöglicht es, das Kohlenstoffgerüst der Schadstoffe zu recyclen und in nutzbare chemische Grundstoffe zu überführen. Die erzeugten Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Diphenylethan oder Cyclododecatrien finden Anwendung in der chemischen Industrie, zum Beispiel bei Kunststoffen oder Beschichtungen.

Wechselstrom als Schlüssel zur Enthalogenierung

„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“, so Morandi.

„Wir haben es geschafft, Wechselstrom zu nutzen, also ganz normalen Haushaltsstrom. Eine billigere Ressource gibt es in der Chemie eigentlich nicht. Zudem schützt Wechselstrom die Elektroden vor Verschleiß, weswegen wir sie für viele nachfolgende Elektrolysezyklen wiederverwenden können. Außerdem unterdrückt der Wechselstrom unerwünschte Nebenreaktionen oder die Entstehung von giftigem Chlorgas, sodass die Schadstoffe vollständig in anorganische Salze umgewandelt werden können“, erklärte der Elektrochemie-Spezialist Alberto Garrido-Castro, früherer Postdoc der Gruppe.

Praxisanwendung

Das Verfahren kann nicht nur auf Reinstoffe angewendet werden, sondern auch auf Gemische aus Erde oder Schlamm ohne vorherige Aufarbeitung. Ein mobiler Reaktor wurde bereits erfolgreich an typischen Altlasten wie Lindan und DDT erprobt. Der Verzicht auf Transportwege soll Risiken reduzieren und den Einsatz in der Praxis erleichtern.