Nachhaltige Chemie

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Chemikalien beeinflussen unser Leben.

Verschiedenfarbige Flüssigkeiten in Glaskolben

Quelle: CC Vision

Das Konzept der Nachhaltigen Chemie hat das Ziel, vorsorgenden Umwelt- und Gesundheitsschutz mit einer innovativen ökonomischen Strategie zu verbinden, die gleichzeitig zu mehr Beschäftigung führt. Nachhaltige Chemie ist ein breit angelegtes Thema, das sich Akteuren aus Wissenschaft, Wirtschaft, Behörden sowie Umwelt- und Verbraucherschutzverbänden stellt.

Was ist Nachhaltige Chemie?

Für die Umsetzung einer Nachhaltigen Chemie (engl.: Sustainable/Green Chemistry) gibt es verschiedene Ansätze. Ein bekanntes Beispiel sind die zwölf Prinzipien für eine „green chemistry” nach Anastas und Warner (siehe Literatur) aus dem Jahre 1998. Auf Europäischer Ebene bringen die zwölf Leitgedanken zum Stand der besten verfügbaren Technik im Anhang IV der Richtlinie zur Integrierten Vermeidung und Verminderung von Umweltverschmutzungen (IVU-Richtlinie) den Anspruch an eine nachhaltige Produktion und damit auch an die Chemiebranche zum Ausdruck. Die zwölf Leitkriterien der IVU-Richtlinie (96/61/EG):

  1. Einsatz abfallarmer Technik,
  2. Einsatz weniger gefährlicher Stoffe,
  3. Förderung der Rückgewinnung und Wiederverwertung der bei den einzelnen Verfahren erzeugten und verwendeten Stoffe und gegebenenfalls der Abfälle,
  4. vergleichbare Verfahren, Vorrichtungen und Betriebsmethoden, die mit Erfolg im industriellen Maßstab erprobt wurden,
  5. Fortschritte in der Technik und in den wissenschaftlichen Erkenntnissen,
  6. Art, Auswirkungen und Menge der jeweiligen Emissionen,
  7. Zeitpunkte der Inbetriebnahme der neuen oder der bestehenden Anlagen,
  8. für die Einführung einer besseren verfügbaren Technik erforderliche Zeit,
  9. Verbrauch an Rohstoffen und Art der bei den einzelnen Verfahren verwendeten Rohstoffe (einschließlich Wasser) sowie Energieeffizienz,
  10. die Notwendigkeit, die Gesamtwirkung der Emissionen und die Gefahren für die Umwelt so weit wie möglich zu vermeiden oder zu verringern,
  11. die Notwendigkeit, Unfällen vorzubeugen und deren Folgen für die Umwelt zu verringern,
  12. die von der Kommission gemäß Artikel 16 Absatz 2 oder von internationalen Organisationen veröffentlichten Informationen.

Das Umweltbundesamt hat zusammen mit der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) bei einem Workshop zur Nachhaltigen Chemie im Jahre 2004 vertiefte Kriterien für eine Nachhaltige Chemie erarbeitet und näher ausgefüllt:

  • Qualitative Entwicklung: ungefährliche Stoffe, oder wo dies nicht möglich ist, Stoffe mit geringer Gefährlichkeit für Mensch und Umwelt einsetzen und ressourcenschonend produzierte und langlebige Produkte herstellen,
  • Quantitative Entwicklung: Verbrauch von Ressourcen verringern, die möglichst erneuerbar sind; Emissionen oder Einträge von Chemikalien oder Schadstoffe in die Umwelt vermeiden, oder wo dies nicht möglich ist, diese zu verringern; diese Maßnahmen helfen Kosten zu sparen,
  • Umfassende Lebenswegbetrachtung: Analyse von Rohstoffgewinnung, Herstellung, Weiterverarbeitung, Anwendung und Entsorgung von Chemikalien und Produkten, um den Ressourcen- und Energieverbrauch zu senken und gefährliche Stoffe zu vermeiden,
  • Aktion statt Reaktion: Bereits im Vorfeld vermeiden, dass Chemikalien während ihres Lebenswegs Umwelt und menschliche Gesundheit gefährden und die Umwelt als Quelle und Senke überbeanspruchen; Schadenskosten und damit wirtschaftliche Risiken der Unternehmen und Sanierungskosten für den Staat vermeiden,
  • Wirtschaftliche Innovation: Nachhaltigere Chemikalien, Produkte und Produktionsweisen schaffen Vertrauen bei industriellen Anwendern und privaten Konsumenten und erschließen damit Wettbewerbsvorteile.

Gefährliche Chemikalien vermeiden – ungefährliche Chemikalien entwickeln

Ein Schritt zu mehr Sicherheit sind Chemikalien mit weniger gefährlichen Eigenschaften, die mit weniger Risikominderungsmaßnahmen gehandhabt werden können. Chemikalien stellen kein Risiko mehr dar, sobald die Grundregeln des sicheren Umgangs eingehalten werden.

Besonders gefährliche Stoffe müssen in der Anwendung eingeschränkt oder sogar verboten werden. Dies sind zum Beispiel kanzerogene, mutagene oder reproduktionstoxische Stoffe (CMR-Stoffe), oder solche Stoffe, die für die Umwelt besonders kritisch, weil sie langlebig (persistent) und anreicherungsfähig (bioakkumulierend) sind (die PBT-Stoffe).

Aus Sicht des Umweltschutzes dürfen nachhaltige Chemikalien keine kurz- oder langfristigen Probleme verursachen, nachdem sie in die Umwelt freigesetzt wurden. Für die Umwelt bedeutet Nachhaltigkeit von Chemikalien, dass sie nicht persistent sind, sich nicht über größere Entfernungen ausbreiten (short range chemicals) und keine irreversiblen Wirkungen haben.

Chemikalien gelten als nachhaltig, wenn sie keine gefährlichen Eigenschaften aufweisen. Das bedeutet, dass sie weder bekannte Schadwirkungen haben, noch so lange in der Umwelt verbleiben, dass bisher unbekannte schädliche Wirkungen zu einem Problem werden können.

Eine nachhaltige Chemikalie wird nicht nur durch die stofflichen Eigenschaften charakterisiert. Auch die Bedingungen, unter denen die Stoffe hergestellt, verarbeitet und angewendet werden, müssen für den gesamten Lebenszyklus bewertet werden. Dazu gehört der spezifische Ressourcenbedarf (in Bezug auf Energie, Roh- und Hilfsstoffe), die Ausbeute bei der Herstellung, Emissionen in Luft, Wasser und Boden, sowie Abwasser- und Abfallmengen.

Warum befasst sich das Umweltbundesamt mit Nachhaltiger Chemie?

Ziel des Umweltbundesamtes ist es, negative Wirkungen der chemischen Industrie und der nachgeschalteten Verarbeitung und Anwendung von Chemikalien auf Mensch und Umwelt vermeiden zu helfen. Soweit Produkte und Verfahren weniger Ressourcen verbrauchen, entspricht dies Entlastungen für die Umwelt und gleichzeitig Kostenersparnissen für die Unternehmen.

Nachhaltige Chemie ist aus Sicht des Umweltbundesamtes ein wichtiger Beitrag zu einer umweltgerechten Innovationspolitik, die gleichzeitig Umwelt und Gesundheit schützt. Das Umweltbundesamt bietet an, Forum für Akteure zu sein, um Ideen und Ansätze für eine Nachhaltige Chemie auszutauschen, Gestaltungsansätze zu entwickeln und ein gemeinsames Verständnis über Ziele zu erzeugen.

Beispiele einer Nachhaltigen Chemie

Chemikalienleasing steht für ein dienstleistungsorientiertes Geschäftsmodell mit dem Ziel, Chemikalien nicht mehr mengenorientiert, sondern für eine Dienstleistung zur Verfügung zu stellen.

So orientiert sich zum Beispiel der Preis für die Dienstleistung einer Lösemittel-Entfettung an der Fläche der gereinigten Oberfläche und nicht mehr an der Menge verkauften Lösemittels. Der Hersteller der Chemikalie wird im neuen Geschäftsmodell zum Dienstleistungsunternehmen. Chemikalienleasing ist ein Instrument, um Nachhaltige Chemie umzusetzen, da der Gewinn nicht mit der Menge verkaufter Chemikalien gesteigert wird, sondern durch deren Einsparung. Ziel ist es, damit den Chemikalieneinsatz zu minimieren, um Kosten und damit auch den Ressourcenverbrauch zu reduzieren.

Der Hersteller der Chemikalien tritt bei diesem Modell mit den Verarbeitern und Anwendern in der Wertschöpfungskette in Kontakt. Er befasst sich also mit dem weiteren Lebensweg der Chemikalien, macht das Know-how zur Anwendung seiner Chemikalie zu seinem eigenen Geschäft und übernimmt damit im Idealfall auch die Verantwortung für die Chemikaliensicherheit.

Bisher sind verschiedene Anwendungsbereiche für das Modell erprobt worden, so zum Beispiel die Metallbearbeitung (Anwendung: Reinigen/Entfetten, Beizen, Gießen, Kühlen/Schmieren), in der chemischen Synthese (Anwendung: Katalyse), in der Nahrungsmittelindustrie (Anwendung: Extraktion, Wasseraufbereitung) und bei der Bereitstellung von Hilfsstoffen (Anwendung: Kühlen von Gütern, technische Gase). Es sind jedoch noch Fragen zu klären, zum Beispiel für welche Branchen das Modell in Deutschland praktikabel ist und welche Bedingungen erfüllt sein müssen, um Betriebs- und Geschäftsgeheimnisse zu wahren.

In diesem Zusammenhang steht auch ein Forschungsprojekt des Umweltbundesamts zu Chemikalienleasing in Deutschland. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Qualitätskriterien für Chemikalienleasing mit dem Schwerpunkt Gesundheits- und Umweltschutz. Im Projektverlauf ist geplant, konkrete und praktikable Kriterien zu erarbeiten und Vorschläge für deren Anwendbarkeit und Verankerung in Chemikalienleasing-Geschäftsmodellen zu unterbreiten. Die Ergebnisse werden in der internationalen Working Group zum Chemikalienleasing präsentiert und dort in die internationale Diskussion eingebracht.

Ein Beispiel für einen innovativen Ansatz zur nachhaltigen Chemieproduktion ist die Weiße Biotechnik. Die Weiße Biotechnik nutzt biologische Prozesse, um in Bioreaktoren mit Bakterien, Hefen, Schimmelpilzen oder den darin enthaltenen Enzymen Chemikalien herzustellen oder zu verarbeiten. Oft kommen nachwachsende Roh- oder Reststoffe als Nährmedien zum Einsatz, zum Beispiel Melasse und Molke. Neue biotechnische Prozesse zielen darauf ab, Reststoffe und Abfälle zu nutzen und aus Biomasse chemische Grundstoffe sowie Produkte zu entwickeln. Das Risiko für Störfälle sinkt ebenfalls.

Besonders eindrucksvoll sind Beispiele wie die Produktion von Vitamin B12, das sich biotechnologisch in einem Arbeitsschritt, mit Hilfe der klassischen chemischen Synthese aber nur aufwändig in vielen Schritten herstellen lässt. Weiße Biotechnik ersetzt aber nicht nur bestehende Verfahren, sondern ermöglicht es vor allem, neue, wirtschaftlich interessante Stoffe herzustellen. Die verwendeten und produzierten Chemikalien sind meist umwelt- und gesundheitsverträglicher als bei klassisch-synthetischen Verfahren. Noch fehlt der Durchbruch, aber Prognosen zufolge sollen im nächsten Jahrzehnt bereits ca. 20 % der Chemikalien mit Hilfe der Biotechnologie hergestellt werden.

Regelungselemente einer Nachhaltigen Chemie

Ein wichtiger Baustein zu einer Nachhaltigen Chemie ist die neue europäische Chemikalienverordnung REACH. REACH trägt dazu bei, dass künftig Chemikalien und ihre Anwendungen sicherer sind und hilft, die Chemiebranche insgesamt nachhaltig zu gestalten, weil:

  • Information zu Gefahrenmerkmalen und sicheren Anwendungen von Stoffen in der Wertschöpfungskette kommuniziert werden,
  • die gefährlichsten Stoffe zulassungspflichtig werden und damit unter Kontrolle sind,
  • Chemikalien nur hergestellt und verwendet werden, wenn ihre Verwendung sicher ist.

REACH schafft damit die Voraussetzung, dass die Risiken von Chemikalien erkannt und bekannt werden. Der Schwerpunkt liegt auf Informationen zu den Chemikalien. Diese Anforderungen greifen besonders ab einer Produktionsmenge von zehn Tonnen pro Jahr je Hersteller und Importeur. Für den Bereich zwischen einer und zehn Tonnen reichen aus Sicht des Umweltbundesamtes die Anforderungen noch nicht aus, um sicherzustellen, dass die Branche insgesamt nachhaltig arbeitet. Weitere Schritte sind deshalb notwendig.

Erst wenn man den Lebensweg von Chemikalien systematisch untersucht, kann man erkennen, wo effiziente und innovative Lösungen möglich sind. Nachhaltige Chemie erfordert daher einen stärkeren Informationsaustausch zwischen den Akteuren in der Wertschöpfungskette. REACH fördert den Informationsaustausch in der Kette und ist auch insofern ein Schritt in Richtung Nachhaltigkeit. Zudem werden besonders gefährliche Stoffe wie CMR- oder PBT-Stoffe zukünftig unter REACH zulassungspflichtig sein.

Am 14. Januar 2009 verabschiedete das Europäische Parlament die neue EU-Pflanzenschutzgesetzgebung, die diesen Ansatz konsequent weiter verfolgt und das Substitutionsgebot auf einige andere besondere Gefährdungen (z.B. hormonelle Wirkungen) ausdehnt. Die neue EG-Richtlinie für einen nachhaltigen Gebrauch von Pestiziden ist ein Beispiel für Anforderungen, wie der Einsatz giftiger Chemikalien sicher gestaltet und insgesamt reduziert werden kann.

Durch nachhaltiges Chemikalienmanagement werden Unternehmen im internationalen Wettbewerb konkurrenzfähig und können neue Märkte erschließen. Auch anerkannte Umweltmanagementsysteme, wie die Internationale Norm ISO 14001 und die EG-Öko-Auditverordnung (EMAS II), tragen dazu bei; zum Beispiel liefern EMAS-validierte Produkterklärungen („Geprüfte Umweltinformation”) Anreize, nachhaltige Produkte zu entwickeln.

Nachhaltigkeit im globalen Chemikalienmanagement

Zahlreiche Umweltprobleme können nicht mehr nur auf nationaler oder europäischer Ebene gelöst werden, sondern erfordern globale Handlungsansätze. Die Weltwirtschaft ist heute und zukünftig in zunehmendem Maße auf einen globalen, freien Handel ausgerichtet. Deshalb sind auch globale Initiativen für eine nachhaltige Chemikalienproduktion und zur Chemikaliensicherheit notwendig. Daher versucht man mit internationalen, völkerrechtlich verbindlichen Übereinkommen einen Rahmen für einheitliche, weltweit geltende Standards zu entwickeln. Die Europäische Union hat ein großes Interesse daran, entwickelte europäische technische Standards in diese Vereinbarungen einzubringen: Zum Beispiel die Informationen zum besten verfügbaren Stand der Technik oder zum Risikomanagement für gefährliche Chemikalien.

Die globalen Konferenzen haben eine Reihe internationaler Initiativen und Übereinkommen zur Chemikaliensicherheit hervorgebracht, zum Beispiel:

  • Globally Harmonised System (GHS) zur weltweit einheitlichen Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien.
  • Stockholmer Übereinkommen zur Regulierung persistenter organischer Schadstoffe (POPs) und Leitlinien für bestverfügbare Techniken (BVT=BAT) und beste Umweltpraktiken (BEP) für industrielle Mindeststandards.
  • Rotterdamer Übereinkommen über das Verfahren zur vorherigen Zustimmung des Empfängerlandes beim Export von Chemikalien (Prior Informed Consent – PIC) zur Regulierung des internationalen Handels mit gefährlichen Stoffen.
  • Basler Übereinkommen über die Kontrolle des grenzüberschreitenden Transports von gefährlichen Abfällen – und damit auch von verbrauchten Chemikalien - und ihre Entsorgung.

Der derzeitige Höhepunkt der Entwicklungen zielt mit einem strategischen Ansatz zum internationalen Chemikalienmanagement (Strategic Approach to International Chemical Management - SAICM) darauf, ein übergreifendes, globales Chemikalienmanagement aufzubauen. Die zahlreichen Einzelinitiativen zum Chemikalienmanagement sollen zusammengeführt werden. Das Instrument selber ist zwar nicht rechtlich bindend, dennoch ist erkennbar, dass sich die Staatengemeinschaft bemüht, Wege zur weltweiten Umsetzung zu finden.

In Zukunft wird es immer wichtiger, die verschiedenen Initiativen auf globaler Ebene zum Chemikalienmanagement zu vernetzen. Das betrifft vor allem die internationalen Übereinkommen zum Chemikalienmanagement. Eine sehr wesentliche Plattform ist dafür auch die OECD mit ihrem Programm für Umwelt, Gesundheit und Sicherheit (Environment, Health and Safety - EHS). Die beteiligten Staaten arbeiten und validieren im Rahmen dieses Programms international gültige Testverfahren für Chemikalien. Das Umweltbundesamt hat hier für Deutschland die Federführung inne und baut eine Plattform zum Informationsaustausch auf.

Aktivitäten des Umweltbundesamtes

In einem Forschungsprojekt wurde in Zusammenarbeit mit Praktikern aus Unternehmen ein Leitfaden erarbeitet, wie nachhaltige Chemie konkret in Handels- und Wertschöpfungsketten umgesetzt werden kann. Der Leitfaden ist als Anwendungskonzept aufgebaut und ermöglicht es dem Anwender eine umfassende Einschätzung der Nachhaltigkeit von Chemikalien und ihren Anwendungen vorzunehmen.

Das UBA erstellt daher zurzeit eine Internet-Plattform zur nachhaltigen Chemie für die OECD. Sustainable Chemistry Network (SCN) der OECD fördert die Zusammenarbeit zu Themen der Nachhaltigen Chemie auf OECD-Ebene. Diese Zusammenarbeit stößt kurzfristig den Informationsaustausch, neue Entwicklungen und Anreize für eine verstärkte Umsetzung einer Nachhaltigen Chemie an. Das SCN erstellt mittel- und langfristig Fallstudien und Leitlinien zu speziellen Themen, um den Informationsaustausch zu vereinfachen, neue Entwicklungen zu bewerten und Anreize für eine nachhaltige Chemie zu erarbeiten.

Das Umweltbundesamt veröffentlichte im März 2009 ein Hintergrundpapier zur Nachhaltigen Chemie. Das Hintergrundpapier beschreibt, was Nachhaltigkeit in der Chemie bedeutet und warum ein solches Konzept wirtschaftlichen Erfolg für die Chemiebranche, mehr Sicherheit für Umwelt und Gesundheit vor gefährlichen Chemikalien und geringeren Verbrauch an natürlichen Ressourcen bedeutet. Enthalten sind Positionen zur Nachhaltigen Chemie und Kriterien für ein umwelt- und wirtschaftsgerechtes Chemikalienmanagement vor. Das Hintergrundpapier dient v.a. der Kommunikation zwischen den Interessenvertreterinnen und –vertretern der Wirtschaft, der Wissenschaft, der Umweltverbände und der Behörden.

Das Umweltbundesamt führte 2007 zur deutschen EU-Ratspräsidentschaft den Workshop „Sustainable Chemistry – Implemention of a Scientific Concept in Policy and Economy” durch. Die Veranstaltung war ein internationales Forum zur Gestaltung einer nachhaltigen Chemiepolitik. Das Ziel lag in der Hervorhebung der Bedeutung einer nachhaltigen Chemiepolitik als ein unverzichtbares Element für die Gestaltung einer nachhaltigen Entwicklung insgesamt und in der Konkretisierung von Umsetzungshilfen zu diesem Thema.

Literatur

  • Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice , Oxford University Press: New York, 1998, p.30. Oxford University Press from ACS Green Chemistry Institute Webpage.
  • Richtlinie 96/61/EG des Rates vom 24. September 1996 über die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung; ABl. L 257 vom 10.10.1996, S. 26.
  • Steinhäuser, K.; Richter. S.: „Nachhaltige Chemie – Perspektiven für Wertschöpfungsketten und Rahmenbedingungen für die Umsetzung” in Nachhaltige Chemie – Erfahrungen und Perspektiven, Metropolis-Verlag, Herausgegebene von Angrick, M; Kümmerer, K.; Meinzer, L.; Marburg 2006.
  • Best Available Techniques = BAT (entspricht den besten verfügbaren Techniken nach EU-Verständnis; EU-BVT beinhaltet jedoch BEP implizit); Best Environmental Practices = BEP.

Instrumente für die Weitergabe von Informationen von importierten Stoffen und Erzeugnissen

Im Projekt wurden die Informationspflichten v.a. gegenüber dem Kunden in der Wertschöpfungskette unter REACH analysiert, existierende Informations-und Kommunikationsinstrumente für Stoffe in Erzeugnissen untersucht und die erforderlichen Informationen beschrieben. Des Weiteren wurden ein IT-basiertes Kommunikationsinstrument (SVHC-Communicator) und eine Anleitung (Leitfaden SVHC-Kommunikation) entwickelt. Beide beschreiben wie die Kommunikation für Erzeugnisse innerhalb der Lieferkette aussehen könnte und welche Informationen in den Lieferketten weitergeleitet werden sollten, damit alle Marktakteure - als Arbeitgeber und als Inverkehrbringer - ihre Verpflichtungen im Rahmen von REACH erfüllen können. Der Leitfaden existiert als separates Dokument neben dem Abschlussbericht.

Insgesamt zeigt das Projekt, dass verschiedene Arten von Informationen erforderlich sind, damit alle Akteure in der Lieferkette die Verantwortung für ihre Erzeugnisse übernehmen können. Es wird empfohlen Informationen über die Kandidatenstoffe, für die Informationspflichten unter REACH Art. 33 bestehen, in einem zentralen Dokumente oder einer zentralen Datenbank zusammenzustellen, um sie allen Akteuren zur Verfügung zu stellen. Diese Informationen können dann von allen Akteuren in einer Lieferkette abgerufen werden. Zudem wird empfohlen die Kommunikation über Stoffe in Erzeugnissen nicht nur auf den Stoffnamen zu begrenzen, sondern akteurs- oder fallspezifische Informationspakete weiterzugeben. Welche Informationspakete die Akteure verwenden sollten, kann mit Hilfe des SVHC-Communicators bzw. des zugehörigen Leitfadens erarbeitet werden.

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