Wie haben Menschen die ewige Chemikalie gemacht?

Das geheimnisvolle Material

Am 6.4.1938 arbeiten Forscher im Jackson-Labor in New Jersey. Das Labor gehört zur Firma DuPont. Sie öffnen das Ventil von einem Metall-Zylinder. In dem Zylinder ist das Gas Tetrafluorethylen (TFE). Aber kein Gas kommt heraus. Der leere Zylinder ist schwerer als vorher. Das ist seltsam.

Sie schneiden den Zylinder in zwei Teile. Innen finden sie ein weißes Pulver. Es ist sehr glatt.

Roy Plunkett ist Chemiker bei DuPont. Er macht viele Experimente. Er findet: Das geheimnisvolle Material kommt aus dem Gas. Das Gas macht allein lange Ketten. Das heißt Polymerisation. Das ist sehr ungewöhnlich. Normalerweise braucht man dafür einen Katalysator. Man muss auch Temperatur und Druck genau kontrollieren.

Das neue Material ist fast unzerstörbar. Hohe Temperatur macht es nicht kaputt. Aggressive Chemikalien können es nicht auflösen. Es reagiert mit nichts. Der schwierige technische Name ist Polytetrafluorethylen (PTFE). Aber du kennst einen anderen Namen: Teflon.

Viel später verstehen die Menschen den Grund. Im Stahl-Zylinder gibt es hohen Druck. Innen gibt es Eisen. Das Eisen arbeitet wie ein zufälliger Katalysator. Oder kleine Peroxid-Radikale starten die Reaktion. So wird aus dem Gas TFE der feste Stoff PTFE.

Das Geheimnis ist die Verbindung zwischen Carbon und Fluor. Teflon ist so gut antihaft wegen der C-F-Verbindung. Sie ist sehr stark. Die Energie ist circa 410 bis 531,5 kJ/mol. Das ist eine der stärksten einfachen Verbindungen in der organischen Chemie. Bei PTFE liegen Fluor-Atome um das Carbon-Gerüst. Sie machen eine sehr starke elektrische Barriere. Fast keine schwachen Kräfte von außen können die Oberfläche berühren. Darum hasst PTFE Wasser und Öl. Es ist chemisch neutral. Und die Oberfläche hat sehr wenig Reibung. Kurz gesagt: Es klebt an nichts.

Danach verbreiten sich Teflon und seine Kinder in der ganzen Welt. Die Kinder heißen Per- und Polyfluoralkyl-Stoffe, kurz PFAS. Wir benutzen sie für antihaft Pfannen. Wir benutzen sie für Regenjacken gegen Wasser. Wir benutzen sie für Esspapier gegen Öl und Fett. Wir benutzen sie sogar für Klaviertasten gegen Quietschen. Diese Moleküle sind überall. Eine Studie aus dem Jahr 2015 findet die Chemikalie im Blut von 97% der Amerikaner. Medizin-Forscher finden: Diese langlebigen Chemikalien können dem Körper stark schaden.

Aber am Anfang denken die Forscher: Das Material hat keine Zukunft. Es ist zu teuer in der Produktion. Und es hat keinen klaren Nutzen. Alles ändert sich erst, als es Teil vom Rennen um die Atombombe wird.

Zwei Wege auf der Suche nach dem perfekten Kühlmittel

Die Geschichte von Teflon beginnt mit der Suche nach dem perfekten Kühlmittel. Aber die Suche führt nicht nur zu Teflon. Sie öffnet zwei wichtige Wege in der Fluor-Chemie. Ein Weg führt zu CFC - Freon. Das ist gefährlich für die Ozonschicht. Ein Weg führt zu Teflon und der ewigen Chemikalie.

Circa zehn Jahre vor Teflon, Ende der 1920er Jahre, hat die Kühlindustrie ein großes Problem. Es gibt viele tödliche Unfälle mit gefährlichen Gasen als Kühlmittel. Diese Chemikalien sind sehr giftig, leicht brennbar, oder beides. In Chicago gibt es ein Leck mit Methylchlorid in einem Wohnhaus. Dutzende Menschen sterben. Viele Menschen haben Panik. Politiker wollen die Geräte vielleicht für immer verbieten. CO2 ist sicherer. Aber CO2 braucht viel höheren Druck. Darum ist die Produktion sehr teuer. Und das Risiko für Lecks ist größer.

Die Hersteller von Kühlschränken wissen: Wir müssen etwas ändern. Die Firma General Motors gibt Thomas Midgley eine Aufgabe. Midgley hat Blei ins Benzin gemacht, gegen das Klopfen im Motor. Jetzt soll er das perfekte Kühlmittel suchen. Es soll gut bei normaler Temperatur und normalem Druck arbeiten. Es soll billig sein. Es soll normale Materialien nicht kaputt machen. Es soll nicht giftig und nicht brennbar sein. Er schaut auf die Halogene im Periodensystem. Besonders interessant ist Fluor. Fluor macht sehr starke Verbindungen.

Allein ist Fluor eine unmögliche und verrückte Wahl. Die Säureform von Fluor, HF, ist berühmt giftig und gefährlich. Sie verbindet sich stark mit Calcium im Blut. Dann kann das Herz plötzlich stoppen. Aber wenn Fluor mit Carbon eine organische Verbindung macht, ist es ganz anders. Dann ist es stabil und chemisch neutral. Damals denken Chemiker: Neutral bedeutet auch wenig giftig.

Midgley findet einen Kandidaten. Man benutzt ihn bis in die 1980er Jahre. Es ist ein Chlorfluorkohlenstoff, kurz CFC. Heute nennen wir es Freon-Gas. CFC macht die Ozonschicht kaputt. Und Benzin mit Blei schadet Mensch und Umwelt stark. Darum kann man sagen: Midgley ist der König der ungewollten Folgen. Aber die Menschen brauchen Jahrzehnte, um die große Zerstörung durch CFC zu verstehen.

In dieser Zeit scheint Freon ein Wunder für die Kühlindustrie. Midgley zeigt das neue Freon-Gas vor der Amerikanischen Chemie-Gesellschaft. Er atmet das Gas ein. Dann bläst er eine Kerze aus. So will er zeigen: Es ist nicht giftig und brennt nicht. Danach gibt es viele Produkte für Kunden - Gefrierschränke, Klimaanlagen im Auto, Wärmepumpen und viele andere Dinge.

Erst 1974 veröffentlichen zwei Chemiker Mario Molina und F. Sherwood Rowland eine Studie in der Zeitschrift Nature. Sie zeigen: UV-Licht zersetzt CFC. Dann kommen freie Chlor-Radikale frei. Sie zerstören viele Ozon-Moleküle. Für diese wichtige Studie bekommen Mario Molina, F. Sherwood Rowland und Paul J. Crutzen den Nobelpreis für Chemie im Jahr 1995. Schon vorher, im Jahr 1987, wird das Montreal-Protokoll beschlossen. Das ist ein internationaler Vertrag. Er verbietet die Produktion und Nutzung von Stoffen, die Ozon zerstören.

Zurück zum Anfang des Jahrhunderts: Der zweite Weg ist Teflon.

Im Jahr 1938 macht Plunkett zufällig PTFE. Eigentlich sucht DuPont neue Fluor-Verbindungen für die Kühlindustrie. Damals hat General Motors das exklusive Patent für die Freon-Formel. Aber andere Kühlschrank-Hersteller wollen auch in diesen guten Markt. Darum bestellen sie bei DuPont neue Kühlmittel, so gut wie Freon. Das Team von Plunkett bekommt diese Aufgabe. Sie suchen auch bei den Fluor-Verbindungen. Diese Suche führt zu dem berühmten Zylinder mit Tetrafluorethylen-Gas vom Anfang der Geschichte.

Aber danach legt man das Material zur Seite. Man sucht weiter nach anderen Kühlmitteln.