Industrie + Technik

Merck Electronics in Taiwan | Der Darmstädter Konzern Merck hat einen Standort für Halbleiterprodukte in Kaohsiung, Taiwan, eröffnet. Der Unternehmensbereich Electronics hat dort insgesamt 500 Mio. Euro investiert. Mit einer Fläche von 150 000 Quadratmetern ist in Kaohsiung Mercks größte Produktionsstätte für Halbleitermaterialien. Der Schwerpunkt liegt auf Dünnschichttechnik und Formulierung sowie auf Spezialgasen zum Schichten, Ätzen und Strukturieren der Halbleiter für Chips, besonders für KI-Anwendungen.Brenntag übernimmt Chem Tech in Nordamerika | Der Chemikalienhändler Brenntag aus Essen übernimmt den texanischen Anbieter von Ölfeldchemikalien Chem Tech Services. Die Essener integrieren Chem Tech in ihre Energiedienstleisterplattform Coastal Chemical für die Öl- und Gasindustrie. Das übernommene Unternehmen setzte im vergangenen Jahr mehr als 80 Mio. US-Dollar um. Die finanziellen Details der Übernahme wurden nicht bekannt gegeben.Bilfinger plant Kerosin-Pipeline in Dubai | Der Mannheimer Industriedienstleister Bilfinger liefert Engineering- und Designleistungen für eine Kerosin-Pipeline zum Dubai Al Maktoum International Airport. Auftraggeber ist Emdad Aviation Fuel Storage, ein Unternehmen der Emirates General Petroleum Company.Lieferketten mit Isotopenanalytik prüfen | Das neuseeländische Prüfunternehmen Oritain arbeitet jetzt mit dem Jülicher Unternehmen Agroisolab. Das Spin-off des Forschungszentrums Jülich gilt als Pionier bei Stabilisotopenanalytik. Zum Oritain-Laborverbund gehören zudem Imprint Analytics (Österreich), Advanced Isotopic Analysis (Frankreich) und Isotrace (Neuseeland). Mit Stabilisotopenanalyse lässt sich ermitteln, ob etwa Saft oder Honig unzulässige oder synthetische Zusätze oder Rohstoffe enthalten.Ausgaben für Forschung und Entwicklung | Die chemische und die pharmazeutische Industrie haben im Jahr 2024 ihre Ausgaben für Forschung und Entwicklung (F+E) verringert. Die Aufwendungen der chemischen Industrie sanken um 2,4 Prozent, die der pharmazeutischen Industrie um 2,1 Prozent. Softwareunternehmen erhöhten die internen F+E-Aufwendungen dagegen um 6,6 Prozent. Dies zeigen Daten des Stifterverbands.Über alle Branchen haben Unternehmen in Deutschland im Jahr 2024 für selbst durchgeführte F+E 92,5 Mrd. Euro ausgegeben. Die 2,3 Prozent mehr als im Vorjahr entsprechen der Inflationsrate. Um 3,7 Prozent auf 33 Mrd. Euro stiegen die Ausgaben für die Vergabe von F+E-Aufträgen an andere Unternehmen, Forschungseinrichtungen oder Hochschulen.Im Jahr 2024 lag der Anteil der internen Aufwendungen für F+E am Bruttoinlandsprodukt bei 3,13 Prozent und blieb damit gegenüber dem Vorjahr unverändert. Dabei machen die Aufwendungen der Wirtschaft 2,14 Prozent aus. Das Übrige verteilt sich auf Hochschulen, staatliche Forschungseinrichtungen und private Organisationen ohne Erwerbszweck.Uniper und Thyssenkrupp Uhde kooperieren bei Ammoniakspaltung | Das Düsseldorfer Energieunternehmen Uniper und der Essener Anlagenbauer Thyssenkrupp Uhde wollen Ammoniak-Cracking-Anlagen bauen: Bis zu sechs Großanlagen sollen zusammen 7200 t Ammoniak pro Tag verarbeiten. Wasserstoff aus Ammoniak soll fossile Rohstoffe zur Energiegewinnung ersetzen.Reicat: Wasserstoffrecycling bei Symrise | Der hessische Anlagenbauer Reicat hat eine Wasserstoffrecyclinganlage für das Holzmindener Unternehmen Symrise in Spanien in Betrieb genommen. Bei der Produktion von Duft- und Geschmacksstoffen dient H2 als Spülgas. Die Recyclinganlage reinigt den Abgasstrom und speist bis zu 98 % des eingesetzten Wasserstoffs zurück in den Herstellprozess.Ein erstes Wasserstoffrecyclingsystem von Reicat läuft bei Symrise in den USA seit dem Jahr 2017.Uhde baut in Nigeria | Thyssenkrupp Uhde Fertilizer Technology liefert dem nigerianischen Unternehmen Dangote Fertiliser die Technik für vier neue Harnstoff-Granulieranlagen. Harnstoffgranulat dient als Stickstoffdünger.Umweltbundesamt versteigert erstmals Emissionszertifikate | Seit Januar werden Zertifikate im nationalen Emissionshandel (nEHS) zwischen 55 und 65 Euro pro Stück versteigert. Vorher wurden ab dem Jahr 2021 nEHS-Zertifikate zum Festpreis verkauft. Dieser stieg seitdem von 25 auf 55 Euro.Mit der Durchführung der Auktionen hat das Umweltbundesamt die Energiebörse European Energy Exchange mit Sitz in Leipzig beauftragt, die zuvor bereits die Zertifikate verkauft hatte. Im letzten Jahr betrugen die Verkaufserlöse etwa 13 Mrd. Euro. Teilnehmende des nEHS sind etwa Gaslieferanten oder Unternehmen der Mineralölwirtschaft. Das neue Auktionsverfahren entspricht dem System, das ab dem Jahr 2027 im europäischen Emissionshandel für Brennstoffe gelten wird.CHT feiert in Asien | Die Spezialchemie-Gruppe CHT aus Tübingen betreibt den chinesischen Standort CHT Dongguan seit 30 Jahren. Der Standort CHT Tianjin feiert sein 15-jähriges Bestehen.EU-Kommission: CO2-Grenzausgleich für große Unternehmen | Alle Unternehmen müssen bisher die CO2-Emissionen im Produktionsprozess mit aus der EU importierten Gütern melden. So entsteht ein Zusammenhang zwischen Waren, im Ausland ausgestoßenen CO2-Emissionen und dem im Herkunftsland gezahlten CO2-Preis.Seit Januar gilt der europäische CO2-Grenzausgleich (Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM): Unternehmen müssen CBAM-Zertifikate kaufen, um die Emissionen zu decken. Der CBAM gilt ab jährlich 50 Tonnen importierter Stoffe. Dazu zählen Eisen, Stahl, Aluminium, Zement, Düngemittel, Strom und Wasserstoff, die nicht in der EU produziert wurden. Kleinimporteure müssen am CBAM nicht mehr teilnehmen. Der Europäischen Kommission zufolge befreit die neue Regelung etwa 90 Prozent der bisher betroffenen Unternehmen von den CBAM-Pflichten. Gleichzeitig blieben 99 Prozent der CO2-Emissionen vom CBAM erfasst, habe die Probephase ergeben.Maren Bulmahn <a href="mailto:mb@mb-recherche.de">mb@mb-recherche.de</a>Frauen als leitende Angestellte in der Chemie | Frauen erreichen in der chemisch-pharmazeutischen Industrie ähnlich häufig leitende Positionen wie Männer. Dies ergab eine Umfrage des Verbands angestellter Akademiker und leitender Angestellter der chemischen Industrie (VAA) unter etwa 1100 VAA-Mitgliedern, darunter ein Drittel Frauen. In der Altersgruppe der 44- bis 51-Jährigen gaben 29 Prozent der Frauen und 28 Prozent der Männer an, leitende Angestellte zu sein (Grafik). Etwa ein Drittel der Frauen und ein Zehntel der Männer glaubten, dass das eigene Geschlecht oder Alter andere darin beeinflusst haben, wie sie ihre berufliche Leistung einschätzen.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmjwempsjcegu07ujtbi4gejx">Wacker und Sico | Ein Anwendungszentrum für organofunktionelle Silane eröffneten das Münchner Unternehmen Wacker Chemie und der chinesische Spezialsilanhersteller und Wackers Joint-Venture-Partner Sico Performance Material in Jining, China (Foto). Dort entwickeln sie Additive für Beschichtungen, Kunst- und Klebstoffe. Die Gesamtinvestition für das Wacker-Sico-Center beträgt rund 500 000 Euro.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmjwemr7hbx4o07tad5ul2nto">Hier im chinesischen Jining stellen die Unternehmen Wacker und Sico Silane her. Foto: Wacker

Meldung

Aus der Wirtschaft

3-D-Druck mit Holzpaste | Aus Holzresten produziert das Aachener Start-up Willowprint mit 3-D-Druck nachhaltige Bauteile, etwa für Tiny Houses oder Möbel. Die Druckpaste besteht aus Holzfasern sowie einer Bindemittelmischung, die unter anderem Casein, Methylzellulose und natürliche Substanzen wie Schellack und Leinöl enthält. Die Paste lässt sich am Ende ihrer Lebensdauer recyceln oder kompostieren. Geschäftsführer sind Federico Garrido und Joost Meyer (Handelsregistereintrag vom 11.9.2025).Glasfasern upcyceln | Das Start-up Verretex aus Saint-Sulpice in der Schweiz upcycelt Glasfaserabfälle niedriger Qualität, die es Recyclingunternehmen abnimmt, und stellt daraus Textilien her. Aus diesen lassen sich Matratzen, Sportgeräte sowie Gewebe für die Bau-, Schiffbau-, Elektronik- und Automobilindustrie fertigen. Geschäftsführer sind Mitchell Anderson, Lidia Rocoffort de Vinnière, Nour Halawani und Pierre Wüst (7.1.2025).Pilz für weniger Industrieabfall | Mit einem hefeähnlichen schwarzen Pilz macht das Biotechunternehmen Biophelion aus Jena kohlenstoffhaltige Industrieabfälle nutzbar, etwa aus der Bioethanol-, Zucker- oder Papierproduktion. Statt Kohlendioxid entstehen aus dem enthaltenen Kohlenstoff neue Produkte: ein Polyester, der sich etwa für Verpackungen eignet, das Lebensmittelpolymer Pullulan und ein neues biologisch abbaubares Tensid. Geschäftsführer sind Lars Regestein und Till Tiso (24.7.2025).Ultraleichte Werkstoffe | Ein poröses Material aus verbundenen Kohlenstoff-Mikroröhren, das rund 200-mal leichter als Wasser ist, wird vom Kieler Start-up Aero Materials produziert. Das Material ist nicht magnetisch, frei von Seltenen Erden, mechanisch stabil sowie hitze- und feuerresistent bis zu 400 °C in Luft und 3000 °C in Inertgasen. Es eignet sich, um Kraft und Bewegung zu erzeugen, für Filtration und Optik. Geschäftsführer sind Niklas Dreiskämper und Caprice Mohr (10.9.2025).Holger Bengs, European Chemistry Partnering, schaut für die Nachrichten aus der Chemie ins Handelsregister.

Start me up

Weltweit verschärfen Länder ihre Einwanderungsregeln. Die Trump-Regierung hat etwa selektive Einreiseverbote eingeführt, und Fachkräfte mit Hochschulabschluss müssen nun 100 000 Dollar zahlen, wenn sie mit einem H-1B-Visum in den USA arbeiten wollen [Nachr. Chem. 2025, 73(11), 5].Weil durch solche Restriktionen weniger ausländische Fachkräfte Zugang zum nationalen Arbeitsmarkt haben, sollen mehr einheimische eingestellt werden. Allerdings tun dies multinationale Unternehmen nicht, die in mehreren Ländern produzieren, forschen und Produkte vertreiben, wie eine Studie der Ohio State University und der Temple University zeigt. Stattdessen verlagern sie seit Einführung der Restriktionen ihre Forschung und Entwicklung (F&amp;E) ins Ausland.1)Ein Grund: In F&amp;E-intensiven Branchen wie Chemie und Pharma können Einheimische den Bedarf an Fachkräften nicht decken. Um das zu kompensieren, bauen multinationale Unternehmen F&amp;E-Standorte im Ausland auf oder aus und vernetzen ihre örtlich getrennten Teams digital. Das Pharmaunternehmen Sanofi und das Elektronikunternehmen Nvidia beispielsweise haben im Jahr 2025 Teile ihrer F&amp;E-Abteilungen aus den USA nach Kanada verlagert.Die geografische Zersplitterung im F&amp;E-Team kann Innovation erschweren, denn diese lebt davon, dass sich diverse Teams direkt vor Ort offen, ungezwungen und spontan austauschen. Restriktive Einwanderungsregeln schrecken zudem hochqualifizierte Fachkräfte ab, die in Hightech-Branchen wie Chemie, Pharma, IT und Biotechnologie dringend gebraucht werden. Wer den Zugang zum Arbeitsmarkt für internationale Talente begrenzt, setzt seine Innovationskraft aufs Spiel.Deutschland und die EU wären jetzt gut beraten, ihre Innovationskraft zu fördern, indem sie mehr mit Partnern im Ausland kooperieren, besonders in Asien und Südamerika. Und zwar nicht nur beim Warenhandel, sondern vor allem beim Personal. Studierenden, Forschenden und qualifizierten Fachkräften das Zuwandern zu erleichtern stärkt Kompetenzen und Innovationsaktivität in Labors, Start-ups und Unternehmen.Stephan von Delft ist Professor für Wirtschaftschemie an der Universität Münster. Er ist Vorstandsmitglied der GDCh-Vereinigung Chemie und Wirtschaft und führt uns mit dieser Kolumne im Wechsel mit Rolf Albach und Hannes Utikal durch die Welt der Wirtschaftschemie.<ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20264155475-bibl-0001"><li xml:id="nadc20264155475-bib-0001">1 D. Nayak, S. Moreira, R. Mudambi, J. Int. Bus. Stud. 2025, 56, 84–104, doi: 10.1057/s41267–024–00737-z</li></ul>

Meinungsbeitrag

Grenzen öffnen für Innovation

Im April 2025 gr&uuml;ndete die Freie Universit&auml;t Berlin das Center for Sustainable Resources (CSR Berlin) als Dach f&uuml;r Nachhaltigkeitsprojekte. Derzeit finanziert die Universit&auml;t das Zentrum, k&uuml;nftig soll es auch eigene Mittel einwerben. Wobei das CSR Berlin Forschende unterst&uuml;tzt, erkl&auml;rt Susanne Stein, dessen wissenschaftliche Koordinatorin.
Nachrichten aus der Chemie: Welchen Mehrwert bietet das CSR Berlin den Forschenden?
Susanne Stein: Wir konzentrieren uns darauf, den Kreislaufgedanken schon beim Konzipieren der Projekte zu ber&uuml;cksichtigen, unterst&uuml;tzen die Forschenden beim Vernetzen mit anderen Disziplinen.
Welche Aktivit&auml;ten b&uuml;ndelt das CSR Berlin aktuell?
Projekte in der anorganischen Chemie zu einer nachhaltigen Chlorwirtschaft (Kasten) und in der organischen Chemie zu biobasierten Polymeren, die unter anderem PFAS und Medikamentenr&uuml;ckst&auml;nde aus Wasser entfernen k&ouml;nnten; Forschung zu Bitumenersatzstoffen aus Lignin oder zum R&uuml;ckgewinnen Seltener Erden aus Elektroschrott und Gesteinshalden von Minen.
Wie wollen Sie die verschiedenen Projekte unter einen Hut bekommen?
Wir m&ouml;chten die Beteiligten st&auml;rker untereinander, mit anderen Disziplinen und Partnerinnen und Partnern au&szlig;erhalb der Universit&auml;ten vernetzen. Kollegen und Kolleginnen aus den Wirtschaftswissenschaften unterst&uuml;tzen uns dabei. Ziel ist, Projekte von Anfang an verantwortungsvoll zu planen.
Was meinen Sie mit &bdquo;verantwortungsvoll&ldquo;?
Wer beispielsweise an neuen chemischen Synthesen oder Stoffen arbeitet, kann kaum absehen, wie sich diese auf die Gesellschaft auswirken, welche Konflikte wann bei der Anwendung auftreten und wie sie sich &uuml;berwinden lassen. Das von Anfang an mitzudenken, ist nicht einfach, aber wichtig &ndash; und l&auml;sst die Zukunft weniger abstrakt erscheinen.
Und das zeigt, wer noch ins Team geh&ouml;rt.
Ja, es zeigt, wo Personen aus anderen Disziplinen oder der Industrie dazukommen sollten, etwa weil man Praxiserfahrungen braucht. Auch die Politik- und Sozialwissenschaften einzubinden ist wichtig, um Akzeptanzproblemen vorzubeugen und zu &uuml;berlegen, wie politische Entscheidungen Forschungsinhalte beeinflussen.
Sind die Forschenden bereit, die eigene Blase zu verlassen?
Die meisten verstehen, dass sie sich &ouml;ffnen m&uuml;ssen, zumal sich auch die F&ouml;rderlandschaft entsprechend entwickelt. Es erfordert aber Geduld, denn die einzelnen Disziplinen haben ihre eigene Sprache und Arbeitskultur. Wir diskutieren viel &uuml;ber Begriffe. Das ist zwar m&uuml;hsam, aber unumg&auml;nglich, um sich zu verst&auml;ndigen.
Sind Sie Chemikerin?
Nein, ich bin Geografin. Vielleicht habe ich deswegen diese Position bekommen, als Br&uuml;ckenbauerin zwischen den Disziplinen. Dazu bringe ich noch meinen umweltwissenschaftlichen Hintergrund ein, zum Beispiel wenn es um &ouml;kologische Folgenabsch&auml;tzungen geht.
<h2 type="main">Ionische Fl&uuml;ssigkeiten: F&uuml;r eine nachhaltige Chlorwirtschaft</h2>
Die Schweizer Werner-Siemens-Stiftung f&ouml;rdert ein Forschungsvorhaben von Sebastian Hasenstab-Riedel, Professor f&uuml;r Anorganische Chemie an der FU Berlin und Sprecher des Center for Sustainable Resources, in den n&auml;chsten zehn Jahren mit insgesamt 18 Millionen Euro. Das Team um Hasenstab-Riedel hat basierend auf ionischen Fl&uuml;ssigkeiten ein Verfahren entwickelt, um Chlor sicherer sowie energiesparender zu lagern und transportieren. Ein bei Raumtemperatur fl&uuml;ssiges Ammoniumsalz nimmt Chlorgas auf und gibt es bei Bedarf wieder ab.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmjwedkljbrn407uvtgv3tiwm">Syntheseprodukte aus dem Projekt zur nachhaltigen Chlorwirtschaft (Kasten): die ionischen Fl&uuml;ssigkeiten Bichlorid (farblos) und Trichlorid (gelblich) sowie das unbeladene Ammoniumsalz als Speichermedium f&uuml;r Chlorgas.
Gemeinsam mit dem organischen Chemiker Rainer Haag, dem Mineralogen Timm John (beide FU Berlin) und dem Elektrochemiker Siegfried R. Waldvogel vom Max-Planck-Institut f&uuml;r Chemische Energiekonversion will Hasenstab-Riedel jetzt weitere Anwendungen f&uuml;r ionische Fl&uuml;ssigkeiten entwickeln und eine nachhaltige Chlor-&Ouml;konomie entwerfen. Wird Chlor mit erneuerbarem Strom gewonnen &ndash; per Chloralkalielektrolyse &ndash;, k&ouml;nnte die ionische Fl&uuml;ssigkeit als Energiespeicher dienen, der das Stromnetz stabilisiert. Zudem denken die Forschenden dar&uuml;ber nach, die ionische Fl&uuml;ssigkeit einzusetzen, um Trinkwasser in Katastrophengebieten oder schlecht erschlossenen Regionen zu entkeimen. In Recyclingprozessen k&ouml;nnte sie helfen, wertvolle Metalle aus Elektroschrott zu extrahieren.
Foto: Susanne Stein
<h2 type="main">Die Autorin</h2>
Zum Center for Sustainable Resources Berlin recherchierte Uta Neubauer, promovierte Chemikerin und freie Wissenschaftsjournalistin.

Artikel

Verantwortungsvoll forschen

Das gesamte Team begibt sich bei einer Gründung auf eine Reise ins Unbekannte. Ohne Vertrauen lassen sich Krisen dabei nicht meistern. Im Gründer:innen-Alltag ist Vertrauen auf mehreren Ebenen entscheidend.Vertrauen ist eine unternehmerische Ressource. Für Gründer:innen gilt es nicht nur, andere von sich zu überzeugen, sondern auch, sich selbst und dem eigenen Weg zu vertrauen.Selbstvertrauen ist für Gründer:innen ein Schlüsselfaktor. Ein starkes Vertrauen in die eigene Kompetenz und Vision hilft dabei, selbstbewusst aufzutreten und andere von der eigenen Idee zu überzeugen.Unerlässlich ist zudem, in die Geschäftsidee zu vertrauen und das auch nach außen zu zeigen. Investor:innen und Kund:innen müssen an die Gründenden und ihr Geschäftsmodell glauben. Weil Start-ups oft noch keine Umsätze generieren, entsteht Vertrauen durch Authentizität und transparente Kommunikation. Wer ehrlich und kompetent auftritt, gewinnt schneller die notwendige Unterstützung.Im eigenen Team ist Vertrauen unerlässlich, um Ziele zu erreichen, Verantwortung zu teilen und in stressigen Phasen konstruktiv miteinander umzugehen. Nur Teams, die sich aufeinander verlassen können, treffen gute Entscheidungen. Es gibt in Start-ups noch keine klaren Spielregeln wie in etablierten Unternehmen. Diese muss das Team erst definieren.Eine meiner Meinung nach überaus wichtige Spielregel: Alle Teammitglieder müssen ein ähnliches Risiko-Ertrags-Profil haben. Damit meine ich nicht, dass alle das gleiche Risiko haben sollten, sondern dass mehr Risiko auch ein höheres Gewinnpotenzial bedeuten sollte. Und umgekehrt. Ein Universitätsprofessor mit einer Beamtenstelle im Team sollte also wegen seines geringen persönlichen Risikos eine realistische Gewinnerwartung verglichen mit anderen Teammitgliedern haben, die ein höheres Risiko eingehen. Das muss sich in der Anteilsverteilung spiegeln. Ich habe oft erlebt, dass Wissenschaftler:innen genau das nicht verstanden haben oder nicht verstehen wollten.Wer dem Start-up in einer schwierigen Phase durch ein Gesellschafterdarlehen hilft, sollte profitieren. Alle Absprachen vertraglich zu fixieren ist aufwendig und unrealistisch. Daher ist es wichtig, darauf vertrauen zu können, dass sich alle Teammitglieder an die Absprachen halten.

Gründerkolumne

Warum ist Vertrauen bei Gründungen wichtig?

Chemische Verbindungen lassen sich mit mechanischer Energie schnell, nachhaltig und ressourcenschonend herstellen. Nanopor&ouml;se organische Ger&uuml;ststrukturen aus der Kugelm&uuml;hle eignen sich als Filter, um per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen aus Wasser zu entfernen.
Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) finden sich in etlichen Alltagsprodukten von K&uuml;chenutensilien und Outdoor-Bekleidung bis hin zu L&ouml;schsch&auml;umen und Dichtungsmaterialien.1,2) In der Umwelt bauen sie sich praktisch nicht ab und reichern sich besonders in Gew&auml;ssern an. Umweltchemiker:innen weltweit arbeiten an Methoden, PFAS aus Wasser zu entfernen.2,3)
Ein neues Filtermaterial, eine organische Ger&uuml;ststruktur (covalent organic framework, COF), adsorbiert PFAS besonders effizient. Entwickelt haben den Filter Forschende der Bundesanstalt f&uuml;r Materialforschung und -pr&uuml;fung (Bam) gemeinsam mit Partnerinstitutionen im Sonderforschungsbereich SFB 1349 Fluor-spezifische Wechselwirkungen. Sie synthetisierten das Material mechanochemisch.
<h2 type="main">Mechanische Energie nutzen</h2>
In der Mechanochemie l&ouml;st mechanische Energie chemische Reaktionen aus, beispielsweise durch Reiben, Schlagen oder Mahlen. Die Reaktionspartner kommen durch physikalische Kr&auml;fte miteinander in Kontakt. L&ouml;sungsmittel, hohe Temperaturen oder lange Reaktionszeiten braucht es nicht.4) Mechanochemie ist daher nachhaltiger als konventionelle Nasschemie. Weil kein oder wenig L&ouml;sungsmittel n&ouml;tig ist &ndash; sch&auml;tzungsweise mehrere Gr&ouml;&szlig;enordnungen weniger als bei nasschemischen Reaktionen &ndash;, werden Ressourcen wie L&ouml;sungsmittel sowie die Umwelt geschont.5,6) Mechanochemisch initiierte Reaktionen sind zudem deutlich schneller und energiesparender als nasschemische. Nebenprodukte entstehen zudem in mechanochemischen Reaktionen selten, und Aufarbeitungsschritte entfallen. Das metallorganische Ger&uuml;st (metal organic framework, MOF) ZIF-8 etwa l&auml;sst sich in drei Minuten aus 2-Methylimidazol und basischem Zinkcarbonat in einem Doppelschneckenextruder zusammen mit einer katalytischen Menge Fl&uuml;ssigkeit, typischerweise Ethanol, herstellen.7) Bei der standardm&auml;&szlig;igen solvothermischen Synthese sind dagegen Zinknitrat und 2-Methylimidazol in 40 bis 80 Milliliter Dimethylformamid zu l&ouml;sen. Die Kristalle entstehen durch Keimbildung und Ostwald-Reifung bei 100 bis 140 &deg;C. Das dauert 18 bis 24 Stunden. Hinzu kommen Zentrifugation, Filtration und Waschen, um reines ZIF-8 zu erhalten.8)
Mit Mechanochemie lassen sich teils einfacher als auf andere Weise, etwa &uuml;ber Nasschemie, hochgeordnete, por&ouml;se COFs mit gro&szlig;er innerer Oberfl&auml;che erzeugen.9) Diese adsorbieren Schadstoffe, beispielsweise PFAS.10&ndash;12)
<h2 type="main">Filter aus der Kugelm&uuml;hle</h2>
Mit Mechanochemie lassen sich auch COFs mit gro&szlig;er innerer Oberfl&auml;che herstellen, die PFAS einfangen. Die Forschenden der Bam nutzen zum Herstellen ihrer PFAS-Filter eine Kugelm&uuml;hle &ndash; ein verschraubbarer Metallzylinder, der in einen Sch&uuml;ttler gespannt und mit 30 Hertz f&uuml;r 90 Minuten gesch&uuml;ttelt wird. Hinein kommen 1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzol (TAPB) und 1,3,5-Triformylbenzol (TFB) zusammen mit wenigen Tropfen Mesitylen und Essigs&auml;ure als L&ouml;sungsmittel und zwei 5-mm-Stahlkugeln (Abbildung links). Bereits innerhalb weniger Minuten bilden sich COFs mit einem Porendurchmesser von etwa 1,6 nm und &uuml;ber 200 m2 Oberfl&auml;che pro Gramm. Diese Strukturen adsorbieren PFAS wie Perfluoroctansulfons&auml;ure (PFOS) und Perfluoroctans&auml;ure (PFOA).
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<figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmjwe5sfkbo2w07uv09xnfrmb">
<figcaption><label>Abb.1: </label>Covalent organic frameworks (COFs) mechanochemisch herstellen: Zwischen 1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzol (TAPB) und 1,3,5-Triformylbenzol (TFB) entsteht in der Kugelm&uuml;hle ein dreidimensionales, geschichtetes TAPB&ndash;TFB-Ger&uuml;st. Bild: Lit. 13)</figcaption>
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Die Reaktion direkt im Reaktor zu verfolgen und steuern hilft, das Material m&ouml;glichst nachhaltig und gleichzeitig filtereffizient herzustellen. Die Forschenden untersuchten die Reaktion der COFs am Synchrotron Petra III des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (Desy). R&ouml;ntgendiffraktometrie im Zehn-Sekunden-Takt zeigte: Die Edukte setzen sich ohne Intermediate direkt in die Produkte um (Abbildung rechts oben). Zudem lie&szlig;en sich die optimalen Synthesebedingungen ermitteln, etwa die beste Mahlfrequenz und Gr&ouml;&szlig;e der Mahlkugeln f&uuml;r eine direkte und schnelle Umsetzung.13)
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<figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmjwe5trec3xs07ujynb04de3">
<figcaption><label>Abb.2: </label>Die mechanochemische Bildung des covalent organic framework (COF) l&auml;sst sich in Echtzeit mit Synchrotron-R&ouml;ntgenstrahlen &uuml;berwachen. Die Reaktanden 1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzol (TAPB) und 1,3,5-Triformylbenzol (TFB) wandeln sich vollst&auml;ndig in das COF-Produkt um, ohne dass Zwischen- oder Nebenprodukte entstehen. Bild: Lit. 13)</figcaption>
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<h2 type="main">PFAS adsorbieren</h2>
Wie effizient die mechanochemisch hergestellten COFs PFAS adsorbieren, zeigen Labortests. Daf&uuml;r nutzten die Forschenden Wasser mit jeweils 50 &mu;g &middot; L&ndash;1 PFOS und PFOA &ndash; relevante Konzentrationen im Abwasser. In kommunalen Kl&auml;ranlagen fanden sich in den Jahren 2021 und 2022 einer Untersuchung des Bayerischen Landesamts f&uuml;r Umwelt zufolge 27 &mu;g &middot; L&ndash;1 PFOS in Kl&auml;rschlamm.14) Bereits nach zehn Minuten hatten 10 mg des COF-Filters 99 % PFOS und 80 % PFOA aus 50 mL Wasser entfernt, nach 120 Minuten 90 % PFOA (Abbildung S. 44) &ndash; und das ohne Materialverlust. Denn das Filtermaterial l&auml;sst sich wiederverwenden, wie etwa eine Studie von Zarei et al. zeigt.15)
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<figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmjwe5v3qbo5a07uv69wvhwnh">
<figcaption><label>Abb.3: </label>PFAS aus Wasser entfernen: Organische Ger&uuml;ste (COFs) aus 1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzol (TAPB) und 1,3,5-Triformylbenzol (TFB) adsorbieren innerhalb von zehn Minuten 90 % gel&ouml;ster Perfluoroctansulfons&auml;ure (PFOS) und 99 % gel&ouml;ster Perfluoroctans&auml;ure (PFOA). Bild: Lit. 13)</figcaption>
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COFs adsorbieren PFAS schnell, selektiv und effizient. Bei &auml;hnlichen PFAS-Konzentrationen in Wasser entfernt Aktivkohle 60 bis 90 % der Schadstoffe, und oft dauert das l&auml;nger, n&auml;mlich wenige Stunden bis Tage. COFs eignen sich so gut, um PFOS und PFOA zu filtern, weil die Porengr&ouml;&szlig;e von rund 1,6 nm gut zu den Molek&uuml;lgr&ouml;&szlig;en passt. Die Molek&uuml;le wandern leicht in das Ger&uuml;st und binden dann dort mit der fluorierten Kette &uuml;ber hydrophobe Wechselwirkungen an die organisch-hydrophoben Bereiche sowie mit der negativ geladenen Kopfgruppe &uuml;ber Wasserstoffbr&uuml;cken an die protonierten Imin-Gruppen des COF.
Die Wasserstoffbr&uuml;ckenbindungen haben eine St&auml;rke von bis zu 160 kJ &middot; mol&ndash;1, wie Kernspinresonanz(NMR)-, Fourier-Transform-Infrarot(FTIR)-, R&ouml;ntgenphotoelektronen(XPS)-Spektroskopie und Massenspektrometrie belegen. Diese Bindungsenergie ist h&ouml;her als die typischer Wasserstoffbr&uuml;cken in fl&uuml;ssigem Wasser, die bei rund 20 kJ &middot; mol&ndash;1 liegt. Die Bindung zwischen PFAS und COF ist also f&uuml;r Wasserstoffbr&uuml;cken stark, &auml;hnlich hoch wie bei koordinierten Wasserstoffbr&uuml;cken in Festk&ouml;rpern oder Enzymtaschen. Berechnungen mit Dichtefunktionaltheorie sprechen f&uuml;r einen mehrstufigen Adsorptionsmechanismus und erkl&auml;ren die hohe Selektivit&auml;t und Effizienz der neuen Filter.13)
<h2 type="main">In Haushalt und Industrie</h2>
Potenzielle Anwendungen f&uuml;r die neuen PFAS-Filter reichen von gro&szlig;technischen Abwasserreinigungsanlagen der chemischen Industrie &uuml;ber Kl&auml;ranlagen bis hin zu Filtern f&uuml;r die Trinkwasseraufbereitung. Langfristig w&auml;ren auch Einweg- oder regenerierbare Filter auf Basis der neuen COFs f&uuml;r private Haushalte denkbar.
Bisher zeigten die Forschenden: Die COF-Filter bleiben &uuml;ber mindestens sieben Tage in Wasser und PFAS-haltigen L&ouml;sungsmitteln sowie im Sauren und Basischen bei pH-Werten von 2 bis 14 intakt.
K&uuml;nftige Arbeiten sollen untersuchen, wie lange sie sich dar&uuml;ber hinaus verwenden und wie oft sie sich recyceln lassen, wie sich die Filter noch best&auml;ndiger machen und sich am besten regenerieren lassen. Zudem wollen die Forschenden Einsatzoptionen jenseits der PFAS-Entfernung testen: etwa als Katalysatoren, Sensoren, zur Gas- oder Dampfadsorption oder um perfluorierte Tenside, fluorierte Industriechemikalien oder organische Mikroschadstoffe aus Wasser zu entfernen.
Besonders weil die Filter PFAS so effizient adsorbieren und sich umwelt- und ressourcenschonend &uuml;ber Mechanochemie herstellen lassen, stellen sie einen zukunftsweisenden Ansatz zum Entfernen von PFAS aus Wasser dar.
<h2 type="main">AUF EINEN BLICK</h2>
Covalent-organic-framework(COF)-Filter entfernen PFAS aus Wasser.
Sie lassen sich nachhaltig &uuml;ber Mechanochemie herstellen; das ben&ouml;tigt weniger Energie und L&ouml;sungsmittel als Nasschemie.
Die neuen Filter adsorbieren innerhalb von zehn Minuten unabh&auml;ngig vom pH-Wert 99 % PFOS und 90 % PFOA aus Wasser.
<h2 type="main">SFB 1349: Fluor-spezifische Wechselwirkungen</h2>
Im Sonderforschungsbereich SFB 1349 forschen rund 50 Promovierende und Postdocs in 20 Arbeitsgruppen der FU Berlin, der HU Berlin, der TU Berlin, der Bundesanstalt f&uuml;r Materialforschung und -pr&uuml;fung, der Universit&auml;t Bayreuth und des Leibniz-Forschungsinstituts f&uuml;r Molekulare Pharmakologie. Sie &uuml;bernehmen eine Vorreiterrolle in der nachhaltigen Fluorchemie und ebnen den Weg zu nachhaltigen L&ouml;sungen f&uuml;r aktuelle Umweltprobleme. Dazu untersuchen sie die Eigenschaften fluorierter Verbindungen und entwickeln neue Materialien. Der Forschungsverbund ist interdisziplin&auml;r aufgestellt. Um neue Covalent-organic-framework(COF)-Filter zu entwickeln und charakterisieren, die PFAS aus Wasser entfernen, nutzen die Forschenden Methoden aus Kristallographie, Materialwissenschaft, theoretischer sowie analytischer Chemie und arbeiten mit internationalen Partnern zusammen.
<h2 type="main">Die Autor:innen</h2>
Den Beitrag geschrieben haben Maroof Arshadul Hoque (Foto), Jan Lisec und Franziska Emmerling. Hoque ist Doktorand an der Bundesanstalt f&uuml;r Materialforschung und -pr&uuml;fung (Bam) sowie der HU Berlin und Mitglied im SFB 1349. Er studierte Chemie an der Universit&auml;t Assam in Indien. Lisec ist Experte f&uuml;r hochaufl&ouml;sende Massenspektrometrie an der Bam. Er studierte Biotechnologie an der TU Berlin und promovierte am MPI f&uuml;r Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam. Emmerling ist Expertin f&uuml;r Mechanochemie, In-situ-Analyse von Kristallisationsprozessen und nachhaltige Synthese an der Bam. Sie studierte Chemie in Freiburg und promovierte dort in der Festk&ouml;rperchemie.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmjwe5wg7bo5t07uvn9zddfim">
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