Bleichen ohne Belastung der Umwelt: Wasserstoffperoxid-Produktion mit Sonnenstrahlen

Die Herstellung von Wasserstoffperoxid, einer der 100 weltweit wichtigsten Chemikalien, wird mit einem Verfahren umweltneutral, das Ivo Freitas Teixeira, Professor für Chemie an der Bundesuniversität von São Carlos (UFSCar) im brasilianischen Bundesstaat São Paulo entwickelt hat. Es handelt sich um eine fotokatalytische Methode, das ist eine Technik, bei der Sonnenlicht zur Mobilmachung eines Katalysators eingesetzt wird. Damit ist es Teixeira gelungen, an ein Sauerstoffmolekül, das aus zwei Atomen besteht, zwei Wasserstoffmoleküle anzuhängen. Das Ergebnis ist Wasserstoffperoxid, das vor allem als Bleichmittel für Haare bekannt ist.

Weißes Zeitungspapier dank Wasserstoffperoxid.

Katalysator saugt das Sonnenlicht an

Als Katalysator wählte er Kohlenstoffnitrid, ein preiswertes Material, das Licht ansaugt wie ein Schwamm Wasser. Die Energie des Lichts sorgt für die Verknüpfung von Sauer- und Wasserstoff. Nötig ist noch Glycerin, ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Biodiesel aus pflanzlichen Ölen. Es entzieht den Wassermolekülen den Sauerstoff, wird also oxidiert. Angetrieben vom Katalysator, der die Rektionsträgheit von Wasser- und Sauerstoff behebt, hängen sich Sauerstoffmoleküle an den Wasserstoff. Der Prozess funktioniert auch mit energiesparenden Leuchtdioden.

Zerfall von neugebildeten Molekülen

Anfangs war Teixeira, der von 2019 bis 2021 Humboldt-Stipendiat am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam war, der Verzweiflung nahe. Es entstand zwar Wasserstoffperoxid, doch viele Moleküle zerfielen gleich nachdem die Wasserstoff- und Sauerstoffatome zueinander gefunden hatten. „Wir mussten den Fotokatalysator immer wieder modifizieren, um den Prozess zu stabilisieren“, so Teixeira.

Boom wegen der Halbleiterproduktion

Wasserstoffperoxid wird verwendet, um Textilien, Zellstoff und Papier zu bleichen und als Desinfektions- oder Sterilisationsmittel in Krankenhäusern verwendet. Hochreines Wasserstoffperoxid ist auch eine Schlüsselchemikalie bei der Herstellung von Halbleiter. Angesichts der zunehmenden Digitalisierung wird ein deutlicher Anstieg des Bedarfs erwartet. Schon heute werden weltweit pro Jahr rund zwei Millionen Tonnen hergestellt.

Große Mengen Klimagase

Heute wird Wasserstoffperoxid aus Anthracen hergestellt, das aus Steinkohleteer gewonnen wird. Diese Chemikalie wird zunächst in Anthrachinon umgewandelt, das als Wasserstoffspender dient. Wird Sauerstoff zugeführt bildet sich die gewünschte Chemikalie. Übrig bleibt Anthrachinon, das erneut eingesetzt werden kann. Bei diesen Prozessen werden große Mengen an Klimagasen frei.