Zähne sowie Knochen als Vorbild
Die Chemiker der University of Oxford, des Oxford-Spin-outs FluoRok, das das Verfahren kommerzialisiert, des University College London und der Colorado State University haben sich vom natürlichen Biomineralisationsprozess inspirieren lassen, der Zähne und Knochen bildet. Als Rohstoff dient Flussspat, eine Verbindung von Kalzium und Fluor, die natürlich vorkommt.
Die Forscher geben Flussspat und pulverisiertes Kaliumphosphat in eine Kugelmühle. Das ist eine rotierende Trommel, in der sich Stahlkugeln und die Rohstoffe befinden. Die Kugeln quetschen die Ausgangsstoffe mit großer Kraft zusammen. Der Prozess dauert mehrere Stunden. Die Rohstoffe gehen auf rein mechanischem Weg eine innige Verbindung ein, die sich Fluoromix nennt. Daraus lassen sich rund 50 Fluorchemikalien synthetisieren. Die Ausbeute liegt bei 98 Prozent.
Kristall-Analyse mit Röntgenbeugung
"Die mechanochemische Aktivierung von Flussspat mit einem Phosphatsalz ist eine spannende Erfindung, denn dieses einfache Verfahren ist eine hochwirksame Lösung für ein komplexes Problem", sagt Calum Patel vom Department of Chemistry der Universität Oxford. Zu klären blieb, was genau in der Kugelmühle passiert, wie also die Ausgangsstoffe miteinander mechanisch reagieren und wie genau die Produkte zusammengesetzt sind. Dabei kam es nicht zuletzt auf die Kristallstruktur an, die die Forscher mit Methoden wie der Röntgenbeugung offenlegten.
Bisher werden fluorhaltige Produkte, die entscheidend für das Gelingen der Energiewende sind, aus Fluorwasserstoff hergestellt. Dieser wird mit hohem Energieaufwand aus Flussspat abgespalten. Diese Verbindung setzt sich aus Kalzium und Fluor zusammen. Der Produktionsschritt, der die Umwelt massiv belastet, könnte künftig wegfallen, wenn sich das Start-up FluoRok mit dem neuen Verfahren durchsetzt. (pte)