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Passen Chemie und Umweltschutz zusammen? Ja, sagt Prof. Dr. Harald Gröger, der seit 2011 an der Fakultät für Chemie der Universität Bielefeld forscht und lehrt. Ein Interview.

01.02.2016, Interview mit Prof. Dr. Harald Gröger / Universität Bielefeld, geführt von Christina Lynn Dier / Frankfurt Business Media

Herr Gröger, die Chemieindustrie in Deutschland hatte in puncto Umweltschutz und Nachhaltigkeit nicht immer den besten Ruf, …

… wobei sich hier gerade in den letzten drei Jahrzehnten viel getan hat. Die Chemieindustrie hat enorme Anstrengungen unternommen, um Nachhaltigkeit und Umweltschutz sowohl in den Unternehmensaktivitäten wie auch in den -strukturen zu integrieren.

Prof. Dr. Harald Gröger

lehrt an der Fakultät für Chemie der Universität Bielefeld.

Zum Beispiel?

Viele Unternehmen aus der Chemie- und Pharmabranche besitzen eine eigene Abteilung, die schon früh Projekte aus dem Bereich Forschung & Entwicklung unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit begleitet und evaluiert. Auch wird gerade bei großvolumigen Produkten, die zum Beispiel im Polymerbereich eine wichtige Rolle spielen, der gesamte Lebenszyklus eines Produktes bewertet – Stichwort „Life Cycle Assessment“. Hierbei stehen Fragen im Fokus wie: Woher stammen die benötigten Ressourcen? Auf welcher Basis wird dieser Rohstoff überhaupt gewonnen? Welche späteren Anwendungen findet das Produkt? Wie gestaltet sich die Entsorgung?

Und mit welchem Ergebnis?

Diese neuartige Betrachtungsweise – einhergehend mit dem „ Carbon Footprint“, also der Erstellung einer Treibhausgasbilanz entlang der gesamten Wertschöpfungskette eines Produktes, oder auch den weiteren Initiativen der Chemieindustrie – hat durchaus zu sichtbaren Ergebnissen geführt. In den letzten beiden Jahrzehnten konnte bei einer um 60 Prozent gesteigerten Produktionsmenge die Abfallmenge gleichzeitig um 80 Prozent reduziert werden. Meine Wahrnehmung ist, dass diese Anstrengungen und Erfolge in der Gesellschaft gesehen werden – und zu einem heute positiven Gesamtbild der Chemie beigetragen haben.

„Viele Unternehmen aus der Chemie- und Pharmabranche besitzen eine eigene Abteilung, die schon früh Projekte aus dem Bereich Forschung & Entwicklung unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit begleitet und evaluiert.“

Seit einiger Zeit wird ein weiterer Begriff immer häufiger verwendet: „Grüne Chemie“. Was ist damit genau gemeint?

Der Begriff selbst existiert schon länger und wurde von Paul T. Anastas geprägt, der heute Direktor des „Center for Green Chemistry and Green Engineering“ an der renommierten Yale University ist. Er hat die zwölf Prinzipien Grüner Chemie formuliert und damit einen wegweisenden Beitrag geleistet. Konkret versteht man unter Grüner Chemie, dass Produkte und Produktionsprozesse so gestaltet werden, dass diese einen positiven Beitrag zur Umweltentlastung leisten – beziehungsweise Gefahren durch Produkt oder Produktionsprozess im Idealfall vermieden werden.

Wie kann das erfolgen?

Dafür gibt es verschiedene Methoden – schließlich ist Grüne Chemie sehr vielschichtig. Die Produkte sind unterschiedlich komplex und werden zudem in unterschiedlichen Mengen produziert. Es existieren daher auch ganz individuelle Bedürfnisse an die Herstellungsverfahren. Aber um einige Beispiele zu nennen: Es können alternative Reaktionswege zum Einsatz kommen, bei denen die Verwendung von gefährlichen Einsatzstoffen vermieden wird. Auch kann der Bedarf an organischen Lösungsmitteln im Produktionsprozess verringert werden – damit sinkt dann auch die Gesamtabfallmenge. Und schließlich sind die Entwicklung energiesparender Produktionsprozesse und der Einsatz nachwachsender Rohstoffe entscheidende Facetten.

Nun gibt es Stimmen, die analog zur Energiewende auch eine Grüne Chemiewende fordern.

Bei Produktionsprozessen gibt es inzwischen eigene Kennzahlen, mit denen die Nachhaltigkeit dieser Verfahren bewertet werden kann – beispielsweise den E-Faktor. Dieser beschreibt das Verhältnis von generiertem Abfall pro Kilogramm Produkt. Eine besonders wichtige Rolle bei der Herstellung solcher Grünen Produktionsverfahren spielt übrigens die Katalyse. Dabei geht der eingesetzte Stoff, der Katalysator, unverändert aus der Gesamtreaktion hervor und kann daher mehrere Katalysezyklen durchlaufen, ohne dass er selbst verbraucht wird.

„Unter Grüner Chemie versteht man, dass Produkte und Produktionsprozesse so gestaltet werden, dass diese einen positiven Beitrag zur Umweltentlastung leisten.“

Wann entstehen bei der Chemikalienproduktion denn Abfälle?

Abfall entsteht nicht nur bei der Produktisolierung, sondern meist schon bei der Reaktion selbst. Aber auch hier können Katalysatoren die Reaktion verbessern. Dabei genügt beispielsweise oftmals ein Blick in die Natur, um eine ganze Reihe an Enzymen zu finden, die sich als Katalysatoren in chemischen Prozessen eignen. Ein Paradebeispiel stammt aus dem Bereich der Antibiotika und wurde am Industriepark Höchst etabliert: Seit bei diesem Verfahren Enzyme eingesetzt werden, fällt statt ursprünglich 31 Kilogramm Abfall bei einem chemischen Syntheseschritt weniger als 1 Kilogramm Abfall pro Kilogramm Produkt an. Und auch bei der Isolierung von Stoffen ist schon viel passiert: Hier wird versucht, möglichst wenig Lösungsmittel einzusetzen.

Wird es irgendwann möglich sein, Abfälle bei chemischen Prozessen ganz zu vermeiden?

Das wird schwierig. Aber man kann natürlich bei jedem Reaktions- schritt versuchen, eine höhere Ausbeute zu erzielen und Abfälle weitgehend zu vermeiden. Ein weiterer Lösungsansatz besteht beispielsweise darin, die einzelnen Schritte miteinander zu kombinieren, anstatt sie nacheinander durchzuführen. So entfallen die Aufarbeitungs- und Reinigungsschritte dazwischen. Aber hier stellt sich dann die Frage: Wie schaffe ich es, die einzelnen Schritte miteinander kompatibel zu machen?

Genau an dieser Frage forschen Sie mit verschiedenen Projektpartnern …

Richtig, wir forschen seit 2006 an sogenannten Eintopfverfahren. Unser Ziel ist es, Zwischenproduktisolierungen, die sehr abfallintensiv sein können, zu vermeiden. Aber wir gehen noch einen Schritt weiter: Wir möchten künftig verstärkt chemische Verfahren mit biotechnologischen Verfahren kombinieren, um noch mehr Abfall und Energie einzusparen. Ich hoffe, dass wir damit einen Beitrag leisten können, um die Chemikalienproduktion noch effizienter und nachhaltiger machen zu können.

Ist eine ökologische Produktion von Chemikalien auch mit höheren Kosten verbunden?

Nein, auch wenn diese Vorbehalte immer noch anzutreffen sind. Ressourcenschonende Produktionsverfahren, bei denen weniger Hilfsstoffe eingesetzt werden müssen und weniger Abfall entsteht, sind gleichzeitig auch wirtschaftlich attraktiv. Ich bin daher fest davon überzeugt: Grüne Chemie wird zum „Game Changer“.

Was muss Deutschland tun, um bei der Grünen Chemie die nächsten Schritte zu gehen?

Es wird wichtig sein, das Thema Nachhaltigkeit bei der Erforschung und Entwicklung von Produkten und Prozessen noch stärker zu verankern. Die Entwicklung von ressourcenschonenden Prozessen ist ein komplexes Wissenschaftsgebiet, das ein gewisses Forschungsrisiko birgt und bei dem verschiedenste Fachkompetenzen benötigt werden – gerade an den Schnittstellen aus Chemie, Biologie und Ingenieurwesen. Auch wenn schon viel getan wird: Eine umfangreiche Forschungsförderung und eine noch stärkere Zusammenarbeit zwischen akademischer Forschung und Industrie wird für die Sicherung des Innovationsstandortes Deutschland auf dem Gebiet der nachhaltigen Chemikalienproduktion wichtig sein.

„In den Vereinigten Staaten von Amerika werden herausragende Entwicklungen auf dem Gebiet der Grünen Chemie seit 1996 jährlich mit den vom damaligen US-Präsidenten Bill Clinton eingerichteten „Presidential Green Chemistry Challenge Awards“ ausgezeichnet.“

Werfen Sie einen Blick über die Grenzen der Bundesrepublik hinaus: Wie weit sind andere Länder auf dem Feld der Grünen Chemie?

Die Thematik findet auch international viel Beachtung. In den Vereinigten Staaten von Amerika werden herausragende Entwicklungen auf dem Gebiet der Grünen Chemie seit 1996 jährlich mit den vom damaligen US-Präsidenten Bill Clinton eingerichteten „Presidential Green Chemistry Challenge Awards“ ausgezeichnet. Das allein verdeutlicht schon den Stellenwert, den diese Thematik hat. Kürzlich haben zum Beispiel zwei Unternehmen aus dem Pharmabeziehungsweise Biotechbereich einen neuartigen enzymatischen Prozess zur Herstellung eines Wirkstoffs gegen Diabetes entwickelt – und wurden dafür mit diesem Forschungspreis ausgezeichnet.

Welche Staaten sind noch besonders aktiv?

Japan zum Beispiel. Hier hat ein Unternehmen der chemischen Großindustrie ein neuartiges Verfahren für einen Monomer-Baustein etabliert. Dieser wird zur Herstellung von Polymeren für die Textil-, Automobil- und Elektronikindustrie benötigt und aktuell im Volumen von 3,8 Millionen Tonnen hergestellt. Allerdings ist beim bisher industriell praktizierten Verfahren der Zusatz von Schwefelsäure und Ammoniak nötig, sodass ein Salz in 1,6-facher Menge als Koppelprodukt anfällt. In dem neuartigen Verfahren ist es durch geschickten Einbau eines Katalysators gelungen, auf diese Zusätze an Schwefelsäure und Ammoniak zu verzichten und so einen koppelproduktfreien Prozess zu realisieren. Diese Beispiele zeigen: Es gibt weltweit viele spannende Ansätze, um Chemie und Nachhaltigkeit weiter miteinander zu verzahnen

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Dieser Beitrag ist im Februar 2016 im Printmagazin perspectives #3 erschienen. Die vollständige Ausgabe erhalten Sie hier.

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