Blaupause für eine moderne nachhaltige Phosphorchemie

• Antragsteller: Professor Dr. Jan J. Weigand
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524609036

Die derzeitige Erschöpfung der verfügbaren primären Phosphorressourcen ist äußerst besorgniserregend, weshalb die EU Phosphatgestein und elementaren Phosphor in die Liste der kritischen Rohstoffe aufgenommen hat. Dem Leitbild der „Grünen Chemie“ entspricht die Wertschöpfungskette von Phosphaterzen zu Basischemikalien bisher nicht. Darüber hinaus wird sich die Problematik der Phosphorrückgewinnung durch geeignete großtechnische Recyclingprozesse zur Wiedergewinnung wertvoller Phosphorverbindungen in Zukunft drastisch verschärfen. Aus diesen Gründen ist die Entwicklung neuer und innovativer chemischer Methoden in der Wertschöpfungskette des wichtigen Elements Phosphor dringend erforderlich. In unserer Blaupause für eine moderne nachhaltige Phosphorchemie, untersuchen wir systematische sowie atom- und energieeffizientere Wege zur Desoxygenierung von Phosphorsäure und recycelten Phosphatressourcen (Struvit aus Klärschlamm, LiFePO4 aus Kathodenmaterial). Der Vorteil unseres Ansatzes ist die Vermeidung der sehr energieintensiven Umwandlung von Phosphat in weißen Phosphor (Reduktion von P(V) zu P(0)) und der Reoxidation/Chlorierung zu den derzeit wichtigsten Phosphor-Zwischenprodukten PCl3, OPCl3 und P4O10 (Oxidation von P(0) zu P(III) oder P(V)). Unser Ziel ist dabei die direkte Umwandlung von Phosphaten (PO43-) bzw. anderen P(V)-Reagenzien zu P1-Bausteinen, die eine "redoxneutrale" Synthese einer Vielzahl wertvoller P(V)-Verbindungen ermöglicht und damit einen direkten Zugang zu einer Vielzahl von Plattformchemikalien erlaubt. Darüber hinaus werden wir ausgehend von diesen P(V)-Verbindungen elektrochemische Reduktionsprozesse zu P(III)-Verbindungen (z.B. Phosphane) entwickeln. Die Umsetzung der Phosphatressourcen mit geeigneten Anhydriden (z.B Tf2O) in Gegenwart einer Base (z.B. LN) liefert P1-Bausteine, unter anderem des Typs (LN)2PO2[OTf], welche "redoxneutral" zu Phosphor(V)-Plattformchemikalien umgewandelt werden können. Eine herausfordernde Erweiterung dieses Ansatzes ist die Synthese von verschiedenen, für Batterieelektrolyte sehr wichtigen, PF6–-Salze, ausgehend von der äußerst problematischen Uranverbindung UF6. Mit diesem explorativen Projekt werden wir neue Ansätze in der nachhaltigen Phosphorchemie mit alternativem Synthesewegen zur Entsorgung von abgereicherten Uranhexafluorid (UF6) kombinieren und somit insgesamt zu einem der drängendsten Probleme der modernen Chemie beitragen – dem nachhaltigen Umgang mit nicht erneuerbaren und/oder kritischen Ressourcen und Risikominderung gefährlicher Abfälle.

• DFG-Verfahren: Reinhart Koselleck-Projekte