Industrie + Technik

Ein Chemikalien- und Stoffmanagement umfasst und verbindet als übergreifendes Konzept, wie mit Rohstoffen, Ressourcen, Produkten und Abfällen umzugehen ist. Es muss auf den Grundsätzen der Vorsorge und der Nachhaltigkeit beruhen.
Das <xref rid="nadc20224126113-fig-0001" ref-type="fig">Vorsorgeprinzip</xref> verlangt, dass immer dann gehandelt wird, wenn es nachvollziehbare Gründe zur Besorgnis gibt, auch wenn noch kein Nachweis eines Kausalzusammenhangs vorliegt. Nachhaltigkeit bedeutet, die Bedürfnisse der heutigen Generation zu erfüllen, ohne die Bedürfnisse künftiger Generationen zu vernachlässigen.1)<figure><img src="https://media.graphassets.com/qFJpQ69NR5iBPWzUhgpr"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Foro: Wirestock / Adobe Stock</figcaption></figure>
Nachhaltigkeit adressiert somit insbesondere die Zeitskala. Allein dadurch wird klar, dass langlebige, persistente Chemikalien und Stoffe besonderer Beachtung bedürfen. Die im Jahr 2015 von der Generalversammlung der Vereinten Nationen beschlossenen 17 Ziele für nachhaltige Entwicklung, die bis zum Jahr 2030 erreicht werden sollen, konkretisieren die Anforderungen an die Nachhaltigkeit.<h2>Grenzen finden</h2>Im Jahr 2009 erregten Rockström und Kolleg:innen mit der Veröffentlichung von „A safe operating space for humanity“ weltweit Aufmerksamkeit.2) Sie präsentierten einen wissenschaftlichen Ansatz, die Stabilität unseres Planeten zu beschreiben und die Grenzen dessen zu definieren, was die Erde aushalten kann.Der Folgepublikation „Planetary boundaries: guiding human development on a changing planet“ eines Teams um Steffen zufolge haben die menschlichen Aktivitäten ein Niveau erreicht, das die Stabilität der Erdsysteme ernsthaft stören könnte.3) Das Team beschreibt neun Prozesse, die für die Stabilität des Systems Erde entscheidend sind (<xref rid="nadc20224126113-fig-0002" ref-type="fig">Abbildung</xref>).<figure><img src="https://media.graphassets.com/01Qe1F2RPeO0KasdQSOQ"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Planetare Grenzen. Je kräftiger rot ein Bereich ist, desto mehr gefährdet der Prozess die Erde. Im grünen Bereich laufen die Prozesse innerhalb der Belastungsgrenze der Erde. Graue Abschnitte: Grenzen sind noch nicht ermittelt. Grafik: modifiziert nach Design von Azote für das Stockholm Resilience Center, basierend auf Lit. 3,4)</figcaption></figure>
Einer dieser Prozesse heißt „Neue Substanzen“. Dies meint die Belastung des Erdsystems durch anthropogene Stoffe und veränderte Lebensformen wie Produkte der synthetischen Biologie. Im Jahr 2022 bewerteten Persson und weitere deren Auswirkungen auf die Stabilität des Erdsystems.4) Sie kamen zu dem alarmierenden Schluss, dass die Menschheit die planetare Grenze für neue Substanzen bereits überschritten hat.<h2>Weniger Chemikalien produzieren</h2>Seit dem Jahr 1950 ist die chemische Produktion um das 50-Fache gestiegen. Bis 2050 wird sich diese Menge voraussichtlich noch einmal verdreifachen.5) Weltweit werden schätzungsweise 350 000 verschiedene Chemikalien hergestellt. Dazu zählen Kunststoffe, Pestizide, Industriechemikalien, Chemikalien in Konsumgütern und Antibiotika. Dies sind Stoffe, die durch menschliche Aktivität entstanden sind oder frei werden. Wie dies auf das Erdsystem wirkt, ist weitgehend unbekannt. Die Autor:innen rufen dringend dazu auf, die Produktion und Freisetzung dieser Schadstoffe zu verringern. Unter anderem fordern sie Obergrenzen für die Produktion von Chemikalien und Kunststoffen.Das Erdsystem wird auch durch andere chemische Prozesse wie atmosphärische Aerosole, biogeochemische Stickstoff- und Phosphorflüsse und den Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre belastet. Eine quantifizierbare globale Grenze ist der Klimawandel, der auf der anhaltend hohen Freisetzung von CO2, CH4, N2O und anderen Treibhausgasen beruht. Dies bedeutet: Die rasche Zunahme der Stoffströme und der Nutzung nicht erneuerbarer Ressourcen und der stofflichen Belastungen führt zu einer Überschreitung auch anderer für die Stabilität des Erdsystems entscheidenden Prozesse. Die große Beschleunigung zahlreicher ökologischer und sozioökonomischer Parameter durch menschliche Aktivitäten ist eng mit unserem Umgang mit Stoffen verknüpft.6) Letztlich führt dies auch zu dramatischen Verlusten der biologischen Vielfalt.<h2>Chemikalien für immer</h2>Drei Kriterien müssen Chemikalien erfüllen, um globale Auswirkungen zu haben:<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Sie sind persistent (über längere Zeiträume in der Umwelt stabil),<list-item>sie sind über große Entfernungen wie Klimazonen oder Kontinente mobil und entsprechend weit verbreitet und</list-item><list-item>können wichtige Prozesse des Erdsystems oder seiner Teilsysteme beeinflussen.3)</list-item>Die Freisetzung persistenter und mobiler Chemikalien in die Umwelt ist damit generell problematisch und erfordert vorsorgende Maßnahmen. Ihre irreversiblen Wirkungen auf Ökosysteme und die menschliche Gesundheit erstrecken sich über lange Zeiträume und große Gebiete. Die Wirkungen summieren sich zudem in Organismen der aquatischen und terrestrischen Nahrungsnetze. Daher ist die Persistenz ein zentrales Merkmal, das wesentlich zur hohen Belastung von Mensch und Umwelt durch Chemikalien beiträgt.7)Dies zeigen Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Mikroplastik, die zwar ungiftig sind, aber große, globale Umweltprobleme verursachen. Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) sind weitere Beispiele für außerordentlich persistente Stoffe. Sie verbleiben über Jahre bis Jahrzehnte in der Umwelt und werden daher als „forever chemicals“ bezeichnet.8)<h2>Dreifach nachhaltig</h2>Kann Chemie zur Nachhaltigkeit beitragen? Seit mehr als 20 Jahren wird in Wissenschaft und Politik über eine nachhaltige Chemie nachgedacht.9) Zweifellos hilft Chemie wesentlich, die nachhaltigen Entwicklungsziele der Vereinten Nationen zu erreichen. Energie gewinnen und speichern, Hygiene und Gesundheit sowie Mobilität sind Beispiele für Bedürfnisfelder, die sich ohne Chemie nicht nachhaltig gestalten lassen.Viele Chemikalien allerdings gefährden die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Die immer größeren Stoffströme stellen infrage, ob sich die nachhaltigen Entwicklungsziele erreichen lassen. Nachhaltige Chemie hat somit drei Komponenten:<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Chemikalien müssen Nachhaltigkeitskriterien genügen,<list-item>Chemikalienproduktion muss nachhaltig werden und</list-item><list-item>das Stoffstrommanagement muss Nachhaltigkeitsprinzipien folgen.</list-item><h2>Ohne gefährliche Eigenschaften</h2>Nachhaltige Chemikalien sollten keine gefährlichen Eigenschaften haben; sie sollten grundsätzlich harmlos sein (benign by design).10) Gefährlichkeit ist zwar nicht völlig auszuschließen, etwa wenn wie bei Brennstoffen oder Desinfektionsmitteln die Eigenschaft für die Funktion notwendig ist. Gefährliche Eigenschaften ohne Bezug zur Funktion sind nicht erforderlich.Besonders ist die Eigenschaft der Persistenz zu vermeiden, also die zeitliche und örtliche Reichweite soll begrenzt sein (short range chemicals).11) In ihrer Chemikalienstrategie für Nachhaltigkeit propagiert die EU-Kommission das Leitbild der „safe and sustainable chemicals“.Auch die Chemikalienproduktion muss Nachhaltigkeitskriterien genügen. Dazu gehört, Unfallrisiken zu minimieren, ebenso wie geringer Energie- und Ressourcenbedarf, wenig Abfall und eine effektive Reinigung von Abwasser und Abluft. Schließlich muss die chemische Industrie sich von Mineralöl als stofflicher Grundlage abwenden und regenerierbare stoffliche Quellen nutzen.Am wichtigsten ist es allerdings, Stoffströme zu verlangsamen und zu reduzieren. Die immer größeren Mengen an Produktion, Rohstoffnutzung, Warenverkehr und Abfällen überschreiten die Belastungsgrenzen unseres Planeten. Die zunehmende Globalisierung der Stoffströme ist ein zusätzliches Problem und führt zudem dazu, die Belastungen auf andere abzuwälzen (Externalisierung). Regionale Stoffströme sind meist deutlich zu bevorzugen.<h2>Effizient, konsistent, suffizient</h2>Nachhaltige Stoffströme lassen sich mit drei Strategien erreichen, die einander ergänzen:Die Effizienzstrategie nutzt Energie und Materialien möglichst sparsam und setzt auf langfristige Produktnutzung. Während es gelungen ist, Energieverbrauch vom Wirtschaftswachstum zu entkoppeln, sind die Erfolge beim Ressourcenverbrauch begrenzt. Darüber hinaus führt ein gesteigerter Konsum dazu, dass selbst der Energieverbrauch nicht rückläufig ist (rebound effect).Bei der Konsistenzstrategie ist innerhalb der Technosphäre die Kreislaufnutzung von Materialien das zentrale Ziel. Produkte sollen so hergestellt und verwendet werden, dass sie dauerhaft genutzt, modular aufgebaut, repariert und am Ende ihrer Gebrauchsphase wieder genutzt oder recycelt werden können.12) In einer Circular Economy sollen Sekundärrohstoffe die Primärrohstoffe möglichst weitgehend ersetzen. In der Praxis stehen wir etwa beim Recycling von Kunststoffen noch am Anfang. Der Kohlenstoffkreislauf ist nur in geringem Maß geschlossen.Die Suffizienzstrategie sucht Antworten auf die Frage: Was ist genug? Suffizienz bedeutet nicht asketischen Verzicht, sondern zielt auf das rechte Maß und den bewussten und genügsamen Umgang mit begrenzten Ressourcen.<h2>Klimawandel, Biodiversität und Stoffmanagement</h2>Es ist zwar anzustreben, die Kreisläufe der Technosphäre und der Biosphäre möglichst getrennt zu halten; in der Praxis aber gibt es etliche Interaktionen. Menschen gewinnen Biomasse und andere Rohstoffe und entlassen nicht nur Abfälle und Abwasserinhaltsstoffe, sondern auch zahlreiche Chemikalien in die Umwelt. Umso wichtiger ist es, dass solche Stoffe leicht abbaubar sind und keine Störungen der biogeochemischen Kreisläufe verursachen.Ein nachhaltiges Management von Stoffen und Materialien kann wesentlich zum Erreichen der Nachhaltigkeitsziele beitragen. Dies bedeutet auch eine sozial-ökologische Transformation hin zu einer Wirtschaftsweise, die die Grenzen des Planeten berücksichtigt und Naturgütern einen Wert zuspricht.13)Neben dem Klimawandel und dem Rückgang der Biodiversität ist das Management von Stoffen und Materialien die dritte große Herausforderung an Politik und Gesellschaft für die Zukunft des Planeten. Alle drei Krisen sind eng miteinander verknüpft und lassen sich nur gemeinsam lösen.Biodiversität und Klimawandel sind international durch die Biodiversitätskonvention aus dem Jahr 1992 beziehungsweise seit dem Jahr 2015 durch das Pariser Abkommen rechtsverbindlich geregelt. Allerdings mangelt es oft an der entschlossenen politischen Umsetzung.Auch die Herausforderungen des Managements von Stoffen und Materialien lassen sich nur international lösen. Bisher gibt es zwar internationale Verträge zu Einzelaspekten wie persistenten organischen Schadstoffen (Stockholm-Konvention, 2001) oder zur „Kontrolle der grenzüberschreitenden Verbringung gefährlicher Abfälle und ihrer Entsorgung“ (Basler Übereinkommen, 1995). Es gibt jedoch keine rechtsverbindliche Rahmenkonvention.<h2>International handeln</h2>Austauschforen wie der „Strategic Approach to an International Chemicals Management (SAICM)“ können den Handlungsdruck nicht umsetzen. Ein internationaler Prozess auf der Ebene der Vereinten Nationen muss initiiert werden, der einen Handlungsrahmen schafft und konkrete Handlungsziele und -instrumente erarbeitet.Auf der Weltumweltkonferenz Unea 5.2 in Nairobi gab es erste Beschlüsse in diese Richtung. Neben der Erarbeitung eines internationalen Plastikabkommens wurde dort unter anderem die Einrichtung eines globalen wissenschaftlich-politischen Gremiums für Chemikalien und Abfälle auf den Weg gebracht. Dieses Gremium soll bis zum Jahr 2024 stehen und sollte analog zum Weltklimarat IPCC und Weltbiodiversitätsrat IPBES als ein „Weltchemikalienrat“ die planetaren Auswirkungen von Stoffen und Chemikalien sowie Ursachen und Maßnahmen wissenschaftlich behandeln. Dies kann ein erster Schritt zu einem Weltchemikalienabkommen sein.Die gravierenden globalen Umweltveränderungen zeigen: Die Zeit drängt. Schnelles, vernetztes und konsequentes Handeln ist insbesondere auch beim Management von Stoffen und <xref rid="nadc20224126113-fig-0003" ref-type="fig">Chemikalien</xref> erforderlich.14)<figure><img src="https://media.graphassets.com/QBDKFM2eRPBj4LISPtqW"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Um den Klimawandel zu stoppen, ist es notwendig, Stoffströme zu reduzieren und CO2 in die Produktion einzubeziehen. Grafik: Selim / Adobe Stock</figcaption></figure>
<h2>Die Autoren</h2>Den Beitrag haben Klaus Günter Steinhäuser (Foto oben) und Markus Große Ophoff verfasst. Der promovierte Chemiker Steinhäuser arbeitet ehrenamtlich zu Chemikalienbewertung, -management und Stoffpolitik. Bis zum Jahr 2014 leitete er den Fachbereich Chemikaliensicherheit im Umweltbundesamt. Große Ophoff ist Honorarprofessor für Veranstaltungsmanagement und Nachhaltigkeitskommunikation an der Hochschule Osnabrück. Seit 2001 leitet er zudem das Zentrum für Umweltkommunikation der Deutschen Bundesstiftung Umwelt. Er promovierte an der RWTH Aachen in makromolekularer Chemie.<div><img src="https://media.graphassets.com/hdhtvMmGRqKvq1N9nMHw">

</div><div><img src="https://media.graphassets.com/tn1RdoBRRIyE8kTKDSPr">

</div><h2>AUF EINEN BLICK</h2>Menschliche Aktivitäten stören die Erdsysteme. Einen wissenschaftlichen Ansatz, der beschreibt, wie stabil diese sind, gibt es seit gut zehn Jahren.Kürzlich kamen Wissenschaftler:innen zu dem Schluss, dass die Belastung der Erde durch Chemikalien und Produkte in der bisher nicht definierten Grenze für „Neue Substanzen“ zu hoch ist.Das Management von Chemikalien und Stoffen, Klima- und Biodiversitätsschutz müssen als globale Problemfelder gemeinsam angegangen und gelöst werden.
<ul class="references"><li>
1 <a href="https://ospar.org/convention" target="_blank">ospar.org/convention</a> (Stand 21.1.2022)</li><li>
2 J. Rockström, W. Steffen, K. Noone et al., Nature 2009, 461, 472</li><li>
3 W. Steffen, K. Richardson, J. Rockström et al., Science 2015, 347, 6223</li><li>
4 L. Persson, B. M. Carney Almroth, C. D. Collins et al., Environ. Sci. Technol. 2022, 56(3), 1510</li><li>
5 Stockholm Resilience Center, Safe planetary boundary for pollutants, including plastics, exceeded, say researchers, 2022, <a href="https://t1p.de/931i" target="_blank">t1p.de/931i</a> (Stand 23.1.2022)</li><li>
6 W. Steffen, W. Broadgate, L. Deutsch et al., The Anthropocene Review 2015, 2(1), 81</li><li>
7 M. Große Ophoff, K. Steinhäuser, R. Ahrens et al., BUND Positionen 69, Arbeitskreis Umweltchemikalien Toxikologie des wissenschaftlichen Beirats im Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland 2019</li><li>
8 G. Arnold, H. Brunn, D. Cohors-Fresenborg, et al., Fluorchemikalien: langlebig, gefährlich, vermeidbar, Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland 2021</li><li>
9 P. T. Anastas, J. C. Warner, Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press, New York, 1998</li><li>
10 K. Kümmerer, Benign by Design, 2015, <a href="https://t1p.de/xhhp" target="_blank">t1p.de/xhhp</a></li><li>
11 M. Scheringer, Persistence and Spatial Range of Environmental Chemicals: New Ethical and Scientific Concepts for Risk Assessment, Wiley-VCH, Weinheim 2002, ISBN 9783527305278</li><li>
12 K. Kümmerer, J. H. Clark, V. G. Zuin, Science 2020, 367(6476), 369</li><li>
13 P. Dasgupta, The Economics of Biodiversity: The Dasgupta Review, HM Treasury, London 2021</li><li>
14 F. Zbikowski, Maximilian Hempel im Interview, Nachr. Chem. 2021, 69(9), 14</li></ul>

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Cellulose des Jahres | Kohlenstofffasern aus Holz sind die „Cellulose Fibre Innovation of the Year“, ausgezeichnet vom Hürther Nova-Institut und dem österreichischen Anlagenbauer GIG Karasek. Das Verfahren der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf beginnt mit dem Nassspinnen von Cellulosefasern in ionischen Flüssigkeiten. Die Filamente wandelt ein Niederdruckstabilisierungsprozess in Kohlenstofffasern. Es entstehen keine Abgase oder giftige Nebenprodukte, und Lösungsmittel sowie Vorläuferfasern lassen sich vollständig rezyklieren.Den zweiten Platz belegten Fasern aus Stroh von Fibers365 aus Lenningen. Das Konzept liefert Nichtholz-Biomasseprodukte wie Cellulosefrischfasern für die Papier-, Verpackungs- und Textilindustrie, Prozessenergie sowie Biopolymer- und Düngemittelnebenströme. Dafür trennt eine Dampfaufschlusstechnik Stängel einjähriger Nahrungspflanzen wie Weizenstroh in Fasern, Zucker, Lignin, organische Säure und Mineralien.Auf dem dritten Platz landete die anwendungsorientierte Faserfunktionalisierung von Kelheim Fibres. Die veränderten Cellulosefasern aus Pflanzen dienen als wiederverwendbare Hygienetextilien.Seife, Proteine und Moleküle aus CO2 | Teilnehmer der „Conference on CO2-based Fuels &amp; Chemicals 2022“ wählten die „Beste CO2-Nutzung 2022“. Gewonnen haben die Unternehmen CleanO2, Avecom und Fraunhofer IGB: Das kanadische Unternehmen CleanO2 wandelt Abfall-CO2 in Kaliumkarbonat um, um daraus Seife herzustellen. Das belgische Unternehmen Avecom produziert mit einzelligen Mikroorganismen aus Wasserstoff, Sauerstoff und CO2 eine Biomasse, die reich an Proteinen und Vitamin B12 ist. Das getrocknete Pulver lässt sich als Lebensmittelzutat verwenden. Das deutsche Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik entwickelte ein Verfahren, das CO2 in Moleküle einbindet. Es soll mit Elektrolyseuren zur CO2-Reduktion petrochemische Prozesse durch den direkten Aufbau von Molekülen ablösen.Maren Bulmahn

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