Rohstoffwandel und Grüne Chemie

Neue Rohstoffe stellen die Grüne Chemie vor neue Herausforderungen

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Die 12 Prinzipien der Grünen Verfahrenstechnik

Die 2003 hinzugekommenen zwölf Prinzipien der Grünen Verfahrenstechnik sind wesentlich weniger bekannt, da kryptischer formuliert. Trotzdem lohnt sich die Beschäftigung mit ihnen (siehe Kasten):

Ergänzendes zum Thema
Die 12 Prinzipien der Grünen Verfahrenstechnik (Ursprungsversion in englisch)

1. Inherent Rather Than Circumstantial: Designers need to strive to ensure that all materials and energy inputs and outputs are as inherently nonhazardous as possible.

2. Prevention Instead of Treatment: It is better to prevent waste than to treat or clean up waste after it is formed.

3. Design for Separation: Separation and purification operations should be designed to minimize energy consumption and materials use.

4. Maximize Efficiency: Products, processes, and systems should be designed to maximize mass, energy, space, and time efficiency.

5. Output-Pulled Versus Input-Pushed: Products, processes, and systems should be "output pulled" rather than "input pushed" through the use of energy and materials.

6. Conserve Complexity: Embedded entropy and complexity must be viewed as an investment when making design choices on recycle, reuse, or beneficial disposition.

7. Durability Rather Than Immortality: Targeted durability, not immortality, should be a design goal.

8. Meet Need, Minimize Excess: Design for unnecessary capacity or capability (e.g., "one size fits all") solutions should be considered a design flaw.

9. Minimize Material Diversity: Material diversity in multicomponent products should be minimized to promote disassembly and value retention.

10. Integrate Material and Energy Flows: Design of products, processes, and systems must include integration and interconnectivity with available energy and materials flows.

11. Design for Commercial "Afterlife": Products, processes, and systems should be designed for performance in a commercial "afterlife."

12. Renewable Rather Than Depleting: Material and energy inputs should be renewable rather than depleting.

Ergänzendes zum Thema
Die 12 Prinzipien Grüner Chemie (TU Köln)

1. Vorbeugung Es ist immer besser erst gar keinen Abfall zu produzieren, als ihn später zu entsorgen.

2. Atom-Ökonomie Synthetische Methoden sollten stets so angelegt sein, dass sich möglichst alle verwendeten Substanzen im Produkt wieder finden.

3. Ungefährlichere Synthesen Wenn immer möglich, sollte in Synthesen auf die Verwendung aber auch die Entstehung von für Mensch und Natur gefährlichen toxischen Substanzen verzichtet werden.

4. Entwicklung sicherer Chemikalien Chemikalien sollten möglichst effizient und möglichst wenig toxisch sein.

5. Sicherere Lösungsmittel Wann immer möglich, sollte auf Lösungsmittel verzichtet werden. Wenn ihre Verwendung jedoch unausweichlich ist, sollten sie so ungefährlich sein wie möglich.

6. Effiziente Energienutzung Sowohl aus ökologischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen, sollte man darauf achten, den Energieaufwand bei Reaktionen so gering wie möglich zu halten. Optimal sind Reaktionen, die bei Normaldruck und Zimmertemperatur ablaufen.

7. Nutzung nachwachsender Rohstoffe Wenn technisch und wirtschaftlich möglich, sollten nachwachsende Rohstoffe anderen vorgezogen werden.

8. Minimierung von Derivaten Unnötige Derivatenbildung, die z.B. durch die Verwendung von Schutz- gruppen entstehen, sollte – wenn möglich – vermieden werden.

9. Katalyse Katalytische Reagentien, die so selektiv wie möglich reagieren, sind besser als stoechiometrisch einzusetzende.

10. Biologische Abbaubarkeit Chemikalien sollten möglichst nach der Reaktion in Komponenten zerfallen, die nicht giftig sind und sich biologisch abbauen lassen.

11. Echtzeitanalysen zur Reduktion von Schadstoffemissionen Analytische Methoden müssen so verfeinert werden, dass man sie nutzen kann, um Reaktionen direkt zu überwachen, um gegebenenfalls einzugreifen.

12. Von Natur aus sicherere Chemie zur Unfallvermeidung Alle verwendeten Substanzen sollten so gewählt werden, dass die Wahrscheinlichkeit für einen chemischen Unfall (Explosionen, Feuer, Freisetzung von Giftstoffen) von vorne herein so gering wie möglich ist.

(Quelle: TU Köln)

Sind die 12 Prinzipien noch zeitgemäß?

20 bzw. zehn Jahre nach diesen Publikationen werfen jedoch die großen Herausforderungen hinsichtlich Energie- und Rohstoffwandel vor denen Chemie und chemische Verfahrenstechnik stehen, die Fragen auf, ob das eine oder andere Prinzip relativiert werden sollte und ob nicht neue Prinzipien dazu kommen müssen.

Zwar fordern die Prinzipien der Grünen Chemie und der Grünen Verfahrenstechnik den Einsatz nachwachsender Rohstoffe – während jedoch früher der isolierte Ersatz einer petrobasierten Ausgangsverbindung durch einen Naturstoff im Vordergrund stand, sind die Konzepte heute wesentlich komplexer. Vor dem Hintergrund einer Minimierung des Ressourceneinsatzes diskutieren Verfahrenstechniker heute über Nutzungskaskaden und Verbundproduktion unter dem Stichwort der Bioraffinerie. Die Nutzung von Restströmen aus anderen Branchen, insbesondere der Lebensmittel- und Zellstoffproduktion, spielt dabei eine wesentliche Rolle. Außerdem stellen Nutzungskonkurrenzen, einerseits mit der Lebensmittel- und der Futtermittelproduktion und andererseits mit der energetischen Nutzung von Biomasse, sowie Anforderungen von Gewässer- und Naturschutz ein Spannungsfeld dar, in dem sich die Chemie nur mit hocheffizienten Prozessen und hoher Wertschöpfung durch entsprechende Produkte wird behaupten können.

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