Verwertung von Abgas als Rohstoff

Dank einem neu entwickelten Verfahren an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) können Stickoxide, die in industriellen Prozessen anfallen, für die Herstellung von Farbstoffen und Arzneimitteln genutzt werden. Mit dieser Methode könnten Unternehmen künftig die Entgiftung von Abgasen mit der Produktion neuer Stoffe kombinieren.

Stickoxide zählen zu den bedeutendsten Umweltgiften. Die Verbindungen aus Stickstoff und Sauerstoff entstehen vor allem bei der Verbrennung, etwa in Kraftfahrzeugmotoren, in Gas- und Kohlekraftwerken, aber auch bei anderen thermischen und chemischen Prozessen in der Industrie.

Um die Abgase zu reinigen, werden zwei aufwändige und teilweise mit Nachteilen behaftete Verfahren eingesetzt: entweder Nachverbrennungen oder das Prinzip der katalytischen Reduktion – Doch Stickoxide sind nicht nur überflüssige Gifte. Wie neue Forschungsarbeiten zeigen, können sie auch in der chemischen Synthese hochwertiger Produkte eingesetzt werden.

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Die Forschergruppe um Prof. Dr. Markus Heinrich vom Lehrstuhl für Pharmazeutische Chemie der FAU hat jetzt ein hocheffizientes Verfahren entwickelt, das genau diese zwei Welten – die Reinigung von Abgasströmen und die sinnvolle Verwertung der Stickoxide – zusammenbringt. In einer Modellanlage simulierten die Erlanger Chemiker ein typisches Verfahren der Industrie: die Umwandlung von Kupfer in Kupfernitrat.

Prof. Dr. Markus Heinrich, Professor für Pharmazeutische Chemie | Foto: FAU

„Kupfernitrat wird als Farbstoff, Korrosions- und Holzschutzmittel sowie als Oxidationsmittel in der Synthesechemie verwendet. Das beim Herstellungsprozess entstehende Stickstoffdioxid können wir unmittelbar mit der Synthese von Balsalazid und Sulfasalazin kombinieren – zwei zu den Azoverbindungen zählende Arzneistoffe, die zur Behandlung chronisch entzündlicher Darmerkrankungen eingesetzt werden.“ so Markus Heinrich.

Die Stickstoffdioxidkonzentration im Abgasstrom konnte mit Hilfe eines röhrenförmiger Gaswäschers, das Herzstück der Modellanlage, um 99,7 Prozent gesenkt werden.

„Das ist ein sensationeller Wert, den wir allerdings unter Laborbedingungen erreichen“, schränkt Markus Heinrich ein. „Wir gehen jedoch davon aus, dass unsere Methode auch in der industriellen Anwendung einen guten Wirkungsgrad erzielen wird.“ Im Gegensatz zu früheren Versuchen im Experimentallabor der Pharmachemiker verwertet die neue Anlage auch geringe Stickoxid-Konzentrationen und arbeitet selbst bei Schwankungen des Abgasstroms zuverlässig.

Die Herstellung von Kupfernitrat ist nur ein Beispiel für industrielle Verfahren, bei denen Stickoxide bislang aufwändig neutralisiert werden, anstatt sie in gewinnbringende Syntheseprozesse zu überführen.

„Überall dort, wo wir es mit überschaubaren Ausgangsstoffen zu tun haben, dazu zählt beispielsweise auch das Ätzen von Leiterplatten in der Elektronikindustrie, können wir Stickoxide als Nebenprodukt für die Herstellung von Arzneistoffen verwenden. Anders sieht es zum Beispiel bei Kraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen aus: Aus diesem Cocktail an Giften und Schwermetallen sollten wir besser keine Medikamente gewinnen. Aber es ist möglich und sinnvoll, die im Abgas befindlichen Stickoxide für die Herstellung bestimmter Farbstoffe auf der Basis von Azoverbindungen zu verwenden.“

Publikation
Hofmann, D., Gans, E., Krüll, J. and Heinrich, M. R.

Sustainable Synthesis of Balsalazide and Sulfasalazine Based on Diazotization with Low Concentrations of Nitrogen Dioxide in Air.

Chemistry – A European Journal, 25. January 2017.
DOI: 10.1002/chem.201605359