Emissionen und Immissionen: Definitionen und Beispiele

Obwohl die Begriffe ähnlich klingen, gibt es einen signifikanten Unterschied zwischen Emissionen und Immissionen. Das Wort Emission entstammt dem lateinischen ‚emittere‘, das so viel wie ‚aussenden‘ oder ‚herausschicken‘ bedeutet. Im Deutschen wird Emission daher auch als Austrag oder Ausstoß bezeichnet. Der Terminus steht für die Freisetzung von Stoffen oder Energie aus einer Quelle (Emittent) in die Umwelt, beispielsweise:

• Qualm aus einem Schornstein
• Maschinenlärm
• Wärmeabstrahlung aus Industrieprozessen
• Abgase aus einem Auto

Der Begriff Immission leitet sich vom ebenfalls lateinischen ‚immittere‘ ab, das sich mit ‚hineinschicken‘ oder ‚hineinwerfen‘ übersetzen lässt. Im ökologischen Kontext bezieht er sich auf die Einwirkung und die Folgen freigesetzter Stoffe oder Energien auf Menschen, Tiere und die Umwelt. Zu den Immissionen gehören unter anderem:

• Feinstaub, der eingeatmet wird
• Lärm, der in eine Wohnung eindringt
• Kohlenstoffdioxid, das die Atmosphäre aufheizt

In der Theorie lässt sich jede Immission auf eine oder mehrere Emissionsquellen zurückführen. In der Praxis ist die genaue Herkunft aber oft diffus, da sich Emissionen häufig sowohl zeitlich als auch räumlich überlagern.

Wo entstehen Emissionen? Typische Quellen und Verursacher

Emissionsquellen sind vielfältig und reichen von natürlichen Phänomenen bis hin zu vom Menschen verursachten Einflüssen. Letztere sind deshalb problematisch, weil sie das über Jahrmillionen stabile atmosphärische Gleichgewicht bedrohen, Ökosysteme gefährden und Risiken für die menschliche Gesundheit darstellen.

Natürliche Emissionsquellen

Diese Quellen setzen Treibhausgase und Schadstoffe ohne menschliches Zutun frei. Zu den bedeutendsten Emissionsquellen dieser Kategorie zählen:

• Vulkanausbrüche: Brechen Vulkane aus, stoßen sie Gase wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Schwefeldioxid (SO2) und Schwefelwasserstoff aus. Darüber hinaus gelangen Aschepartikel, Feinstaub und gasgetragene Aerosole in die Atmosphäre.
• Waldbrände: Von Blitzen und anderen natürlichen Ursachen ausgelöste Waldbrände erzeugen große Mengen an Kohlendioxid, Ruß und weiteren Schadstoffen.
• Pflanzen: Pflanzliche Organismen emittieren verschiedene Gase, darunter flüchtige organische Verbindungen (VOCs) wie Isopren.
• Ozeane und Böden: Meere und das Erdreich geben je nach biologischer Aktivität Gase wie Methan und CO2 an die Atmosphäre ab.
• biologische Prozesse: Menschen und Tiere setzen beim Atmen Kohlenstoffdioxid frei. Auch beim Zersetzen organischer Stoffe durch Pilze und Bakterien entstehen natürliche Emissionen.

Menschengemachte (anthropogene) Emissionsquellen

Der menschliche Einfluss auf die Atmosphäre ist allgegenwärtig. Die folgenden Beispiele zeigen zentrale Quellen Menschen erzeugter Emissionen:

• Verkehr: Straßen-, Luft- und Schiffsverkehr bringt Abgase wie Kohlenstoffdioxid, Stickoxide, Feinstaub und VOCs hervor.
• Industrie: Fabriken und Anlagen setzen unter anderem CO2, SO2, organische Lösungsmittel und Schwermetalle frei.
• Landwirtschaft: In der Tierhaltung entstehen große Mengen an Methan. Düngemittel emittieren Distickstoffmonoxid (N2O), umgangssprachlich auch als Lachgas bezeichnet. Beim Ausbringen von Gülle gelangt außerdem Ammoniak in die Luft.
• Energieerzeugung: Mit Kohle und anderen fossilen Brennstoffen betriebene Kraftwerke verursachen große Mengen an Treibhausgasen.
• Wohnen und Heizen: Ob beim Heizen, beim Einsatz von Reinigungsmitteln oder bei Malerarbeiten: Die Bandbreite an freigesetzten Emissionen reicht von Treibhausgasen über Feinstaub bis hin zu flüchtigen organischen Verbindungen.

Auch wenn natürliche Prozesse deutlich größere Mengen an CO₂ freisetzen, wirken die zusätzlichen anthropogenen Emissionen besonders kritisch: Sie entstehen kontinuierlich, in vergleichsweise kurzer Zeit und in empfindlichen Kreisläufen – dadurch überlasten oder stören sie die natürlichen Ausgleichsmechanismen dauerhaft.

Wo wirken Immissionen? – Betroffene Bereiche und Folgen

Immissionen können sich auf verschiedene Bereiche des menschlichen Lebens und der Umwelt auswirken. Ihre Folgen sind weitreichender als gemeinhin vermutet.

Auswirkungen auf den Menschen

Schadstoffe wie Feinstaub, Stickoxide, Ozon und Schwermetalle können Atemwegserkrankungen, Allergien und Herz-Kreislauf-Probleme verursachen und sogar Krebs auslösen. Lichtimmissionen und störende Gerüche beeinträchtigen das Wohlbefinden. Dauerhafter Lärm begünstigt Stress, Schlafstörungen und Konzentrationsprobleme.

Auswirkungen auf Tiere und Pflanzen

Umweltschädigende Stoffe im Wasser oder im Boden stören ökologische Gleichgewichte. Stickstoffverbindungen und Niederschläge mit saurem pH-Wert (saurer Regen) führen zu Überdüngung und Versauerung, was das Ende für empfindliche Arten bedeuten kann. Licht und Lärm beeinflussen das Verhalten unterschiedlicher Tierarten, etwa bei der Nahrungssuche oder der Fortpflanzung.

Auswirkungen auf Umwelt und Infrastruktur

Die Umweltbelastung durch sich ablagernde Schadstoffe führt zur Veränderung chemischer Zusammensetzungen in Gewässern, Böden und der Luft. Das hat unter anderem Folgen für das Trinkwasser und die Landwirtschaft. Luftverschmutzung beeinflusst nicht nur lokale Wetterphänomene, sie trägt auch zur globalen Erwärmung bei. Säurehaltige Immissionen führen zu Materialschäden an Gebäuden und Infrastruktur.

Umweltmonitoring macht Verbindung zwischen Quelle und Wirkung sichtbar

Das Umweltmonitoring spielt eine zentrale Rolle dabei, den Unterschied von Emissionen und Immissionen praktisch greifbar zu machen. Erst durch gezielte Messverfahren lässt sich nachvollziehen, wie Schadstoffe von ihrer Quelle an ihren Wirkungspunkt gelangen und wie sie sich dort auswirken. Dabei kommen verschiedene Messtechniken zur Anwendung:

• Emissionsmessungen erfassen den Schadstoffausstoß von Industrieanlagen, dem Verkehr oder von Heizsystemen.
• Immissionsmessungen dokumentieren die tatsächliche Boden-, Wasser- oder Luftverschmutzung an Orten, an denen Menschen leben, die Umwelt geschützt werden soll oder gesetzliche Grenzwerte gelten.

Mit modernen Messverfahren liefert das Umweltmonitoring Daten, die helfen, die Luftqualität zu bewerten, Gesundheitsrisiken zu erkennen und daraus technische sowie politische Maßnahmen zum Emissionsschutz, zum Immissionsschutz oder allgemein zum Umweltschutz und zur Luftreinhaltung abzuleiten.

Die Chemische Werke Kluthe GmbH entwickelt und produziert ihre Produkte so, dass Kunden mit ihrem Einsatz an mehreren Stellen Emissionen senken können — etwa durch Niedrigtemperatur-Verfahren, lösemittelfreie Formulierungen und Kreislaufprozesse. Für einzelne Produktlinien dokumentiert Kluthe die erzielten CO₂-Einsparungen produktspezifisch nach anerkannten Bilanzierungsstandards. Detaillierte Informationen zu den jeweiligen Berechnungsgrundlagen stellen wir auf Anfrage zur Verfügung.

Wie sich der Unterschied von Emissionen und Immissionen auf die Umweltpolitik auswirkt

Der Unterschied von Emissionen und Immissionen beeinflusst die Wahl geeigneter Umweltschutzmaßnahmen. Während der Emissionsschutz direkt an der Quelle ansetzt, konzentriert sich der Immissionsschutz auf die Wirkungsebene.

Das Ziel des Emissionsschutzes besteht darin, die Freisetzung schädlicher Substanzen zu vermeiden oder zu reduzieren, zum Beispiel durch Umstieg auf emissionsarme Technologien, Optimierung von Produktionsprozessen, Filter- und Abgasreinigungssysteme und die Verwendung schadstoffärmerer Ausgangsstoffe. Beim Immissionsschutz geht es darum, die Belastung durch emittierte Stoffe zu begrenzen. Wichtige Stellschrauben in diesem Zusammenhang sind:

• Festlegung und Kontrolle zulässiger Grenzwerte
• immissionsschutzgerechte Standortplanung von Industrieanlagen
• Monitoring und Frühwarnsysteme
• Lärmschutzmaßnahmen

Eine gezielte Kombination aus beiden Schutzstrategien trägt dazu bei, die negativen Auswirkungen von Schadstoffen auf Ökosysteme und Gesundheit zu reduzieren und eine dauerhafte Lebensqualität sicherzustellen. Ob in Industrie, Verkehr oder Alltag – der Unterschied zwischen Emission und Immission prägt unseren Blick auf Umwelt- und Gesundheitsschutz. Wer ihn kennt, kann gezielt handeln: an den Ursachen und an den Wirkungen. Mit Produkten, die auf Schadstoff- und Energiereduktion ausgelegt sind, unterstützt Kluthe seine Kunden dabei, Emissionen entlang konkreter Prozessschritte zu senken.

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CCS und CCU im Überblick: Wie funktionieren die Verfahren und welche Vor- und Nachteile haben sie

Sowohl Carbon Capture Utilization als auch Carbon Capture Storage zielen darauf ab, Treibhausgase zu reduzieren und damit den Klimaschutz zu verbessern. Sie verfolgen jedoch unterschiedliche Strategien.

CO2-Speicherung mittels CCS-Technologie

Beim Carbon Capture and Storage geht es darum, CO2 dauerhaft aus dem Kreislauf zu entfernen. Nach der Abscheidung wird das Kohlenstoffdioxid komprimiert und über Pipelines, Lkw oder Schiffe zu einem Speicherort gebracht. Dieser befindet sich tief unter der Erde, beispielsweise in Salzwasseraquiferen oder in ausgebeuteten Gas- oder Ölfeldern. Besonders geeignet ist die CO2-Speicherung für Industrien, in denen eine Dekarbonisierung schwer zu realisieren ist. Dazu gehören unter anderem die Zement- und die Stahlproduktion.

Der Vorteil des Carbon-Capture-and-Storage-Verfahrens liegt darin, dass erhebliche Mengen CO2 langfristig gebunden werden können. Zu den größten Herausforderungen zählen der große Kostenaufwand und der hohe Energiebedarf. Außerdem ist die Akzeptanz in der Bevölkerung gering. Hauptgrund hierfür sind Sicherheitsbedenken, insbesondere in Bezug auf potenzielle Beeinträchtigungen der Trinkwasserreserven.

CO2-Verwertung mittels Carbon Capture Utilization

Beim CCU-Verfahren wird CO2 nicht gespeichert, sondern als Sekundärrohstoff genutzt, etwa für synthetische Kraftstoffe, Baumaterialien, Kunststoffe und sogar Lebensmittelzusätze. Zu den bekanntesten Beispielen zählen:

• CO2-basierter Beton (bindet das Gas dauerhaft)
• synthetisches Kerosin für die Luftfahrt
• Einsatz in Gewächshäusern zur Verbesserung des Pflanzenwachstums

Durch die wirtschaftliche Nutzung des bei der Kohlenstoffabscheidung gewonnenen CO₂ können die Kosten im CCU-Verfahren niedriger ausfallen als bei der CO₂-Speicherung. Zudem lassen sich fossile Rohstoffe einsparen. Die CO₂-Verwertung fördert darüber hinaus die Kreislaufwirtschaft und damit verbundene Innovationen. Allerdings wird das CO₂ im Gegensatz zur CCS-Technologie nicht dauerhaft gebunden, sondern zu einem späteren Zeitpunkt wieder freigesetzt. Eine tatsächliche Emissionsminderung lässt sich daher nur durch sehr langlebige Produkte erreichen. Hinzu kommt, dass das CCU-Verfahren bislang nur begrenzt skalierbar ist.

Wie sicher ist die Kohlendioxidspeicherung zur CO2-Reduktion?

Die CCS-Technologie wird heute als sicher eingestuft. In vielen Ländern, etwa in Norwegen, wird sie bereits zur Emissionsminderung eingesetzt. Trotz positiver Bewertungen durch Expertengremien ist CCS in Deutschland bislang nicht kommerziell etabliert. Obwohl Kohlenstoffdioxid weder brennbar noch explosiv ist, unterliegt diese Klimatechnologie strengen Sicherheitsstandards – sowohl beim Transport als auch bei der Lagerung im geologischen Untergrund. Inzwischen liegen umfangreiche Erfahrungen mit der Beförderung und unterirdischen Speicherung von Gasen vor – auch mit CO₂. Auf diesem Wissen lässt sich aufbauen.

Neben der grundsätzlichen Sicherheit von CCS für Mensch und Umwelt stellt sich die Frage, ob tatsächlich keine CO₂-Emissionen mehr in die Atmosphäre gelangen. Mit diesem Aspekt befasste sich die Bundesregierung gemeinsam mit Fachinstitutionen wie der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) und dem Umweltbundesamt (UBA) im Evaluierungsbericht zum Kohlendioxid-Speicherungsgesetz (KSpG) von 2022. Das Ergebnis: Carbon Capture and Storage gilt als ausgereift und erfüllt alle Anforderungen für den kommerziellen Einsatz. Unternehmen dürfen sich jedoch nicht allein auf die Technologie verlassen, sondern müssen den Nachweis einer dauerhaft sicheren CO₂-Speicherung erbringen.

Carbon-Capture-Technologie als Voraussetzung für Erreichung der Klimaziele

Carbon-Capture-Verfahren als Folgestufe zur CO2-Abscheidung wurden im Zuge einer Auswertung von Klimaneutralitätsstudien für den aktuellen KSpG-Evaluationsbericht untersucht. Die meisten der analysierten Studien kamen zu dem Schluss, dass in Deutschland spätestens ab 2030 relevante Mengen von Kohlenstoffdioxid durch Abscheidung abgetrennt und durch Einlagerung oder Weiterverarbeitung neutralisiert werden müssen, um die Klimaziele zu erreichen.

Der Einsatz der Carbon-Capture-Technologie ist ein wichtiges Element des Instrumenten- und Technologiemixes zur umfassenden Dekarbonisierung der Industrie. Insbesondere dort, wo ein vollständiger Verzicht auf fossile Energieträger (noch) nicht möglich ist, kann die Kohlenstoffabscheidung mit anschließender Lagerung oder Verwertung dazu beitragen, den CO2-Anteil in der Atmosphäre zu senken.

CCS im Clean Development Mechanism: Chancen und Herausforderungen für nachhaltige Entwicklung

Die Einbindung von Carbon Capture and Storage in den Clean Development Mechanism (CDM) des Kyoto-Protokolls war ein bedeutender Schritt in der internationalen Klimapolitik. Durch die Integration von CCS konnte CO₂ in großen Mengen aus industriellen Prozessen und Kraftwerken abgeschieden, abtransportiert und dauerhaft tief unter der Erde gespeichert werden. Diese Klimatechnologie ermöglichte es wirtschaftlich weniger entwickelten Ländern, Treibhausgasemissionen deutlich zu senken, ohne sofort in kostenintensive emissionsarme Produktionsverfahren investieren zu müssen. Der CDM wurde inzwischen durch neue Kooperationsmechanismen des Pariser Klimaabkommens (Artikel 6) ersetzt.

Im Jahr 2011 wurde Carbon Capture and Storage (CCS) im Rahmen des CDM als förderfähige Technologie anerkannt. Entsprechende Projekte müssen jedoch strenge technische und sicherheitsbezogene Anforderungen erfüllen – darunter der Nachweis einer dauerhaften CO₂-Speicherung, die Minimierung von Risiken wie Leckagen oder Grundwasserverunreinigungen sowie ein lückenloses Monitoring.

Gesetzesänderung soll Rahmen für CO2-Speicherung schaffen

In Deutschland gibt es bislang keine CO2-Speicher und es besteht auch keine Möglichkeit, diese zu beantragen oder zu bewilligen. Das Kohlendioxid-Speicherungsgesetz erlaubt lediglich den Speicherbau zu Testzwecken. Diese Lager sind jedoch derzeit aufgrund einer abgelaufenen Frist nicht genehmigungsfähig.

Der Export von CO₂ ins Ausland ist derzeit durch das sogenannte London-Protokoll untersagt. Eine entsprechende Änderung wurde zwar bereits 2009 beschlossen, ist jedoch bislang nicht in Kraft getreten, da sie noch nicht vollständig ratifiziert wurde. Um dennoch CO₂-Ausfuhren – etwa nach Norwegen – zu ermöglichen, nutzt Deutschland die Möglichkeit der vorläufigen Anwendung. Dieses Vorgehen ist zulässig, sofern auch das jeweilige Empfängerland die Protokolländerung vorläufig anwendet.

Den rechtlichen Rahmen für den Transport und die geologische Lagerung von Kohlenstoffdioxid innerhalb der deutschen Grenzen soll eine Änderung des KSpG schaffen. Dieses soll unter dem neuen Namen Kohlendioxid-Speicherungs- und -Transportgesetz (KSpTG) die dauerhafte Speicherung von Kohlenstoffdioxid in den unterirdischen Gesteinsschichten des Festlandsockels und der ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) für kommerzielle Zwecke im industriellen Maßstab zulassen. Die Onshore-Speicherung wird weiterhin nur mit Zustimmung der Länder möglich sein (Opt-in-Klausel).

Carbon Capture Technologie nicht unumstritten

Sowohl Carbon Capture and Storage als auch Carbon Capture and Utilization werden zum Teil kontrovers diskutiert. Bei Letzterer liegen die Kritikpunkte vor allem darin, dass entsprechende Verfahren das CO2 größtenteils nur temporär binden und die Nutzung in vielen Fällen wirtschaftlich und/oder technisch noch nicht ausgereift ist. Zudem hängt die Klimabilanz in hohem Maße von der Lebensdauer der Produkte ab. CCU wird allenfalls als ergänzende Technologie angesehen, nicht als umfängliche Lösung.

Noch kritischer hinterfragt wird die CCS-Technologie. Bei der unterirdischen Verpressung von Kohlenstoffdioxid besteht das Risiko, dass es durch undichte Stellen oder geologische Störungen entweicht und in Grundwasserzonen gelangt. Obendrein verändert die Lagerung von CO2 im tiefen Untergrund die physikalischen und chemischen Bedingungen im Speicherhorizont und im Deckgebirge. Auch das kann sich auf Grundwasservorkommen auswirken.

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Quellenangaben:
Das Aufsuchen der angegebenen Links erfolgt auf eigene Gefahr.

https://www.tagesschau.de/multimedia/video/video-cc-275.html Video: CO₂ im Meeresboden lagern, @ ARD Tagesschau

https://www.bundeswirtschaftsministerium.de/Redaktion/DE/Downloads/F/faq-ccs-ccu.pdf?__blob=publicationFile&v=6

https://global-energy-solutions.org/wp-content/uploads/2025/04/2-%E2%80%93-250328statusquo_d_e.pdf

https://dserver.bundestag.de/btd/20/119/2011900.pdf

https://link.springer.com/article/10.1007/s00767-015-0315-7

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Unternehmen, die ihre Zukunftsfähigkeit erhalten wollen, müssen sowohl wirtschaftlich als auch ressourcenschonend produzieren. Eine quantitative Lebenszyklusanalyse liefert ihnen einen ganzheitlichen Blick auf ihre Produkte, angefangen von den Ressourcen über die Emissionen während der Herstellung bis hin zu den Umwelteinflüssen durch die fertigen Erzeugnisse. Damit hilft sie, Handlungsfelder zu identifizieren und Wege zu finden, um die Ökobilanz zu verbessern und die Umweltbelastung zu senken, ohne dabei an Wirtschaftlichkeit einzubüßen.

Was genau ist eine Lebenszyklusanalyse?

Ein LCA (Life Cycle Assessment) erforscht die potenziellen Umweltauswirkungen von Produkten, Prozessen oder Dienstleistungen über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg. Dabei werden verschiedene Umweltindikatoren wie die Rohstoffgewinnung, Emissionen, der Ressourcenverbrauch, die Entsorgung oder gesundheitsbezogene Auswirkungen berücksichtigt. Mit diesem Instrument können Unternehmen nicht nur ihren ökologischen Fußabdruck verkleinern, sondern auch wesentliche Einsparpotenziale identifizieren und Risiken minimieren.

Normenrahmen: DIN EN ISO 14040 und 14044

Als standardisiertes Verfahren nach DIN EN ISO 14040 oder DIN EN ISO 14044 kann die LCA verschiedenen Zwecken dienen, beispielsweise der Produktentwicklung, der strategischen Planung oder dem Marketing. Eng verbunden ist sie mit dem Umweltmanagement, das wie sie darauf abzielt, Umweltbelastungen durch Prozesse, Produkte und Unternehmen zu minimieren.

Eine zentrale Rolle bei einer Unternehmensbewertung im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse spielt der CO2-Fußabdruck. Dieser beleuchtet die Gesamtmenge an Treibhausgasen, insbesondere Kohlenstoffdioxid, die in Zusammenhang mit einem Produkt, einem Prozess oder einer Leistung entsteht. Dadurch ermöglicht er Aussagen dazu, in welchem Ausmaß eine bestimmte Aktivität zum globalen Klimawandel beiträgt.

Unternehmen können die Lebenszyklusanalyse nutzen, um gezielt umweltfreundlichere Ausgangsstoffe, Produktionsmethoden oder Recyclingstrategien zu wählen. Außerdem ermöglicht sie es, verschiedene Produkte oder Industrieprozesse objektiv miteinander zu vergleichen. Darüber hinaus können Firmen mithilfe von LCA die Nachhaltigkeit ihrer Produkte unter Beweis stellen und etwaige Greenwashing-Vorwürfe entkräften.

Bestandteile einer Lebenszyklusanalyse

Ob es um die Auswahl von Lieferanten geht, um klimaneutrale Produktionsmethoden oder um Recycling-Programme – die Lebenszyklusanalyse hilft Unternehmen, ihre Umweltstrategie effizienter und ökonomisch vorteilhafter zu gestalten.

Eine vollständige Lebenszyklusanalyse nach ISO 14040 oder ISO 14044 umfasst folgende vier Schritte:

1. Zieldefinition und Festlegen des Untersuchungsrahmens

In diesem Schritt werden das Untersuchungsobjekt (z. B. Prozess, Produkt, Dienstleistung), die zu untersuchenden Phasen seines Lebenszyklus und die zu analysierenden Umweltauswirkungen definiert. Überdies werden funktionelle Einheiten (z. B. eine Nutzungsstunde oder 1 kg Produkt) für Vergleiche festgelegt.

2. Sachbilanz

Die Sachbilanz beinhaltet das Erfassen des Rohstoff- und Energieeinsatzes (Input) und der Emissionen und Abfallprodukte (Output) über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Die erfassten Daten werden im sogenannten Life Cycle Inventory (LCI) quantitativ aufgelistet.

3. Wirkungsabschätzung

Im Rahmen der Wirkungsabschätzung werden die gesammelten Daten anhand verschiedener Umweltindikatoren analysiert. Zu den analysierten Umweltindikatoren zählen u. a.:

• Treibhausgasemissionen (z. B. CO₂, CH₄)
• Wasser- und Energieverbrauch
• Rohstoffentnahme (z. B. seltene Erden)
• Umweltbelastungen wie Versauerung oder Eutrophierung

4. Auswertung und Interpretation

Der letzte Schritt besteht darin, die Daten und Ergebnisse zu interpretieren und Schlussfolgerungen sowie Empfehlungen von Maßnahmen zur Reduzierung negativer ökologischer Folgen zu formulieren.

LCA als Carbon-Footprint-Indikator

Von zunehmender Bedeutung im Kontext von LCA ist die Bewertung von CO2-Fußabdrücken. Im Vordergrund stehen dabei vor allem die durch das Greenhouse Gas Protocol (GHG-Protokoll) definierten Kategorien der Treibhausgasemissionen, Scope 1 bis Scope 3.

Scope 1 bis 3

Scope 1 konzentriert sich auf direkte Emissionen aus unternehmenseigenen Quellen wie Verbrennungsprozessen. Scope 2 erfasst indirekte Treibhausgasemissionen, die aus dem Verbrauch von eingekaufter Elektrizität, Wärme oder Kälte resultieren. Diese fallen zwar außerhalb des Unternehmens an, sind aber dessen industriellen Betrieb zuzuschreiben. Scope 3 inkludiert alle weiteren indirekten Emissionen entlang der Wertschöpfungskette, auf die der Industriebetrieb nur begrenzten Einfluss hat.

Durch die präzise Aufgliederung ihrer Emissionen in die drei Scopes können Unternehmen klar erkennen, welche Geschäftsbereiche ihren CO2-Fußabdruck am stärksten beeinflussen. Das ermöglicht es ihnen, gezielt Optimierungsbereiche zu identifizieren und strategische Maßnahmen zur Emissionsminderung zu ergreifen.

Die Bedeutung der Lebenszyklusanalyse für den Umstieg von Cradle-to-Grave zu Cradle-to-Cradle

Noch immer verfahren viele Industriebetriebe nach dem Cradle-to-Grave-Prinzip. Nach diesem beginnt der Produktlebenszyklus bei der Herstellung (Cradle = Wiege) und endet mit der Entsorgung (Grave = Grab). Am Schluss entsprechender Industrieprozesse stehen meist die Verbrennung oder Deponierung, was Ressourcenverlust und zum Teil erhebliche Umweltauswirkungen bedeutet.

Cradle-to-Cradle-Systeme verfolgen hingegen einen zyklischen Ansatz. Bei diesem werden die Materialien von Anfang an so konzipiert, dass sie am Ende ihrer Nutzungszeit wiederverwendet oder recycelt werden können, anstatt Abfall zu erzeugen. Das Ziel besteht in einer geschlossenen Kreislaufwirtschaft, bei der keine wertvollen Rohstoffe verloren gehen. Dadurch sinkt der Ressourcenverbrauch und die Ökobilanz fällt positiver aus.

Was bewirkt hier die Lebenszyklusanalyse?

Eine Lebenszyklusanalyse kann Unternehmen dabei unterstützen, ineffektive Aspekte von linearen Produktionsprozessen zu erkennen (z. B. energieintensive Produktionsverfahren, große Abfallmengen) und damit eine nützliche Entscheidungsgrundlage für den gezielten Umstieg auf eine ressourcenschonendere und kosteneffizientere Produktion bieten. Durch die Analyse des gesamten Produktlebenszyklus kann die LCA genau darlegen, wie eine geschlossene Kreislaufwirtschaft den Energieaufwand und den Carbon-Footprint senkt und den Rohstoffbedarf reduziert.

Die Ergebnisse von Lebenszyklusanalysen ermöglichen es Unternehmen, Produkte so zu gestalten, dass die verwendeten Materialien erneut genutzt oder recycelt werden können. Das kann zu einer nachhaltigen Designstrategie und zum Einsatz innovativer Werkstoffe mit geringerer Umweltbelastung beitragen.

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In einer Welt, in der Ressourcenschonung, CO2-Reduktion und Umweltschutz einen immer größeren Stellenwert einnehmen, gewinnen Kreislaufwirtschaft und Recycling zunehmend an Bedeutung. Eng damit verknüpft ist die stoffliche Verwertung, die es ermöglicht, große Mengen an Rohstoffen und Energie einzusparen. Was genau ist stoffliche Verwertung und wo werden entsprechende Recyclingverfahren genutzt?

Stoffliche Verwertung im Überblick

Geht es um die Nutzung der stofflichen Eigenschaften von Abfällen unterscheiden wir zwischen:

• rohstofflicher Verwertung: Der chemisch zerlegte Müll wird als Rohstoffersatz genutzt (z. B. Synthesegas aus Kunststoffen statt Erdgas).
• biologischer Verwertung (Kompostierung, Vergärung)
• Verfüllen von Hohlräumen im Bergbau (u.a. Rückstände von Abfällen, die die thermische Verwertung nicht vollständig verarbeiten kann)
• werkstofflicher Verwertung: Der Abfall dient als Werkstoff (z. B. Kunststoffgranulat, Papier-Recyclat).

Stoffliche vs. energetische & thermische Verwertung

In der Abfallhierarchie des Kreislaufwirtschaftsgesetzes steht die stoffliche Verwertung über der Energierückgewinnung. Hinter dieser rangiert wiederum die thermische Verwertung zur Abfallbeseitigung.

Der Grund für diese Vorrangstellung besteht in einigen klaren Vorteilen, die sich aus dieser Form der Abfallverwertung ergeben:

• Ressourcenschonung: Materialien können über stoffliche Recyclingverfahren direkt wiedergewonnen und erneut genutzt werden. Durch die Kreislaufwirtschaft werden weniger Primärrohstoffe benötigt.
• Energieeinsparung: Die Herstellung von Produkten aus Sekundärmaterialien verbraucht weniger Energie als die Rohstoffgewinnung. Zwar wäre durch thermische Verwertung eine Energierückgewinnung möglich. Der Nutzen ist aber im Vergleich oft geringer.
• CO2-Reduktion: Da die stoffliche Verwertung die Notwendigkeit für die Förderung und Verarbeitung von Primärrohstoffen senkt, verringern sich die damit verbundenen CO2-Emissionen. Die thermische Abfallverwertung setzt oft zusätzliche Treibhausgase frei, beispielsweise durch die Verbrennung von Kunststoffen.
• Reduzierung von Abfällen: Stoffliches Recycling senkt die Menge an Deponie- und Verbrennungsabfällen. Die thermische Verwertung durch Verbrennung hinterlässt oft Asche oder Schlacken, die entsorgt werden müssen.
• Der größte Nutzen besteht in der Maximierung der Lebensdauer von Materialien. Wertvolle Stoffe können nahezu unbegrenzt in eine Kreislaufwirtschaft eingebunden werden, während die thermische Verwertung sie unwiederbringlich zerstört.

Stoffliche Recyclingverfahren stehen in der Abfallhierarchie des Kreislaufwirtschaftsgesetzes über der energetischen und thermischen Verwertung. Je nach Material kann es jedoch sinnvoll sein, stoffliche, energetische und thermische Verfahren zu kombinieren. Beispielsweise ist die thermische Verwertung eine gute Ergänzung, wenn die Wertstoffrückgewinnung nicht möglich oder mangels Effizienz wirtschaftlich unzweckmäßig ist.

Verfahren der stofflichen Abfallverwertung

Für die stoffliche Wertstoffrückgewinnung gibt es mehrere Vorgehensweisen, die je nach Material und geplantem Verwendungszweck zur Anwendung kommen. Zu den wichtigsten zählen:

Mechanisches Recycling

Abfälle werden physisch verarbeitet. Ihre chemische Zusammensetzung ändert sich dabei nicht. Beispiele sind das Schreddern, Mahlen oder Sortieren von Metallen, Glas oder Kunststoffen.

Chemisches Recycling

Die ursprünglichen chemischen Bestandteile der Materialien werden durch chemische Aufspaltung zurückgewonnen. Viel genutzte Recyclingverfahren sind:

• Pyrolyse (Zersetzen bei hohen Temperaturen)
• Hydrolyse (Spaltung durch Wasser)
• thermische Depolymerisation beim Kunststoffrecycling
• Vergasung von Kunststoffen (thermochemisches Verfahren)
• Recycling von lösemittelbasierten Chemikalien via Destillation

Die Pyrolyse ist das führende Recyclingverfahren zur Wiederverwertung von Kunststoffen. Sie bietet den Vorteil, dass sie sich auch zur Wertstoffrückgewinnung aus gemischten oder stark verschmutzten Kunststoffen eignet, die sich mit mechanischen Methoden der Abfallverwertung nur schwer verarbeiten lassen. Die Forschung arbeitet daran, die Ausbeute und Effizienz der Pyrolyse zu verbessern, um sie für eine ganzheitliche Kreislaufwirtschaft nutzen zu können.

Auch die Hydrolyse findet beim Materialrecycling von Kunststoffen Verwendung. Diese werden mithilfe von Wasser und für gewöhnlich unter Zugabe von Katalysatoren in ihre chemischen Bestandteile zerlegt. Das geschieht in einem Recyclingverfahren, das hohe Temperaturen und teils auch erhöhten Druck erfordert. Die Hydrolyse ist einfacher zu handhaben als die Pyrolyse, stößt aber bei stark verschmutzten oder unsortierten Kunststoffen an ihre Grenzen.

Die Depolymerisation kann thermisch, chemisch oder enzymatisch erfolgen. Bei der thermischen Depolymerisation zur Wertstoffrückgewinnung werden die Bindungen zwischen den Polymeren mithilfe von Wärme gelöst, während bei der chemischen Depolymerisation Chemikalien, wie Basen und Säuren zur Trennung genutzt werden. Bei der enzymatischen Depolymerisation zerlegen als biologische Katalysatoren wirkende Enzyme die Polymere und ermöglichen so eine Rückführung in die Kreislaufwirtschaft.

Durch die Vergasung von Kunststoffen kann Synthesegas erzeugt werden, das sich zur Energieerzeugung und für chemische Prozesse eignet.

Das Recycling von lösemittelbasierten Chemikalien via Destillation ermöglicht eine effiziente Rückgewinnung verwertbarer Lösemittel aus kontaminierten Stoffgemischen. Verfahren wie die fraktionierte Destillation oder das Resolve-T-Verfahren trennen flüchtige organische Bestandteile gezielt ab und führen sie dem Wirtschaftskreislauf erneut zu – oft bei gleichzeitiger Trocknung und Verwertung der Rückstände.

Grenzfall: Thermische Nutzung mit stofflicher Komponente

In bestimmten Fällen ist eine eindeutige Zuordnung zur stofflichen oder energetischen Verwertung nicht möglich. Ein typisches Beispiel ist die Nutzung von Altreifen in Zementwerken. Hierbei werden die Reifen als Ersatzbrennstoff genutzt, wodurch Energie bereitgestellt wird (thermische Verwertung). Gleichzeitig fließen ihre mineralischen Bestandteile – etwa Silizium- oder Eisenverbindungen – in den Zementklinker ein und werden dauerhaft gebunden. Diese Mitverbrennung stellt daher eine kombinierte Verwertungsform dar, bei der sowohl stoffliche als auch energetische Aspekte berücksichtigt werden.

Beispiele für die stoffliche Verwertung von Abfällen

Recyclingverfahren zur stofflichen Abfallverwertung kommen in vielen Bereichen und Branchen zum Einsatz. Typische Anwendungsfelder sind:

Kunststoffrecycling

PET-Flaschen werden gesammelt, gereinigt und zu Kunststoffflocken zerkleinert. Diese werden zu Granulat weiterverarbeitet, das als Ausgangsmaterial für neue Produkte wie Bauteile, Verpackungen oder Kleidung (z. B. Fleecejacken) dient. Dieser Prozess verhindert, dass Kunststoffe in die Umwelt gelangen, und trägt zur Ressourcenschonung bei, indem er den Bedarf an Rohöl senkt.

Karton- und Papierrecycling

Für Kartonagen und Papiere haben sich das Materialrecycling und die Kreislaufwirtschaft seit vielen Jahren etabliert. Die Abfälle werden zerkleinert, von Fremdstoffen befreit und mit Wasser vermischt. Diese sogenannte Pulpe wird gepresst und getrocknet, um neues Papier zu erzeugen. Das Papierrecycling spart im Vergleich zur Papierproduktion aus Frischfasern durchschnittlich rund 78 % Wasser und 68 % Energie ein.^[1]

Metallrecycling

Alte Metalle vom Stahlträger bis hin zur Aluminiumdose werden gesammelt und nach einer sorgfältigen Sortierung eingeschmolzen. Die Herstellung von Sekundäraluminium durch Recyclingverfahren erfordert nur rund fünf Prozent der Energie, die für die Rohstoffgewinnung aus Bauxit benötigt wird.^[2] Außerdem trägt die Aluminium-Abfallverwertung zum Umweltschutz bei, da weniger giftiger Rotschlamm entsteht. Dieser wird derzeit auf Deponien entsorgt, weil geeignete Verfahren zur Aufbereitung fehlen.

Zum Metallrecycling gehört auch die Wertstoffrückgewinnung aus Elektroschrott. Hierbei werden Gold, Silber, Kupfer und Metalle aus der Gruppe der seltenen Erden aus alten Elektrogeräten extrahiert.

Glasrecycling

Glas besitzt die außergewöhnliche Eigenschaft, seine Qualität über unbegrenzte Zeit zu bewahren, da es keinem natürlichen Abbau unterliegt. Diese Beständigkeit macht es zu einem idealen Material für eine ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft, in der es nahezu endlos wiederverwertet werden kann.

Für ein effizientes Recycling ist jedoch eine sorgfältige Trennung unerlässlich: Da sich aus Mischglas kein hochwertiges Weißglas herstellen lässt, muss eine farbliche Sortierung erfolgen. Ebenso wichtig ist die separate Sammlung verschiedener Glasarten – Verpackungsglas, Fensterglas, Kristall und Spiegel benötigen unterschiedliche Schmelztemperaturen und lassen sich daher nicht gemeinsam aufbereiten.

Lesen Sie mehr über die Verfahren zur Rückgewinnung und Reinigung von Werkstoffen von Rematec – einem Unternehmen der Kluthe Gruppe.

[1] Umweltbundesamt (2022): Aktualisierte Ökobilanz von Grafik- und Hygienepapier (ifeu) – durchschnittliche Einsparung von Recycling- gegenüber Frischfaserpapier: 78 % Wasser, 68 % Energie, 15 % CO₂-Äquivalente.
[2] Umweltbundesamt, zitiert u. a. in der Deutschen Rohstoffagentur (DERA)/ALBA, „Aluminium in der Kreislaufwirtschaft“: Sekundäraluminium benötigt rund 95 % weniger Energie als Primäraluminium aus Bauxit.

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Überblick über die Prozesswasser-Aufbereitung

Für die Prozesswasser-Aufbereitung ist zunächst eine geeignete Wasserentnahmestelle erforderlich. Welche Entnahmestellen für das Rohwasser infrage kommen, hängt von ihrer Ergiebigkeit und dem Prozesswasserbedarf ab. Eine Wasseranalyse gibt über die Art und Menge der Inhaltstoffe Auskunft. Aus dem Vergleich der Analyseergebnisse mit den Anforderungen an das Prozesswasser leitet sich ab, welche Verfahren für die Aufbereitung erforderlich sind. Zu den Herausforderungen zählt dabei, Schwankungen in der Rohwasserzusammensetzung zu erfassen und diese durch Regelungstechnik so auszugleichen, dass es eine gleichbleibende Qualität beibehält.

Entnahmestellen für Rohwasser

Trinkwassernetz

Ist der Verbrauch an Prozesswasser überschaubar, bietet sich das öffentliche Trinkwassernetz als Entnahmestelle für Rohwasser an. Trinkwasser ist weitestgehend aufbereitet. Es ist keimfrei und enthält definierte Mengen an Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Mineralien.

Offene Gewässer

Oberflächengewässer aus Meeren, Flüssen, Seen oder Stauseen sind Lebensräume für Tiere und Pflanzen. Deshalb sind im Rohwasser, das daraus entnommen wird, immer organische Stoffe enthalten. Vom Regen durch die Kanalisation gespülter Straßenschmutz und das Einleiten von – wenn auch behandelten – Abwässern aus der Industrie und aus Kommunen führen zu einer weiteren Zunahme von oft unbekannten Fremdstoffen, die überraschende Herausforderungen für die Prozesswasser-Aufbereitung bereithalten können.

Grundwasser aus Brunnen und Quellen

Grundwasser sammelt sich in Brunnen oder tritt als Quelle aus der Erde hervor. Bevor es die Erdoberfläche erreicht, wird es durch die Bodenschichten gefiltert. Dann hat es oft annähernde Trinkwasserqualität, kann aber auch einen höheren Mineralstoffgehalt, zusätzliche Salze, Trübstoffe und Keime enthalten.

Teilströme aus der Abwasserbehandlung

Aus der eigenen Abwasserbehandlung in der Industrie können sich Ressourcen für Prozesswasser-Aufbereitung ergeben. Die Vorteile resultieren aus der bekannten und weitgehend gleichbleibenden Zusammensetzung des zurückgewonnenen Rohwassers. Das aufbereitete Wasser kann gezielt dort verwendet werden, wo die Restkonzentrationen der Inhaltsstoffe tolerierbar sind.

Großräumige Zisternen für Niederschlagswasser

In der Klimakrise zeichnet sich ab, dass immer öfter lange Dürreperioden von heftigem Starkregen unterbrochen werden. Eine enorme Reduzierung von Kosten werden sich daraus ergeben, das Niederschlagswasser in Zisternen mit einem hohen Fassungsvermögen zu leiten und dort zu speichern. Zunächst mit hohen Kosten verbundene Investitionen in ein optimales Zulauf- und leistungsfähiges Speichersystem werden darüber hinaus Schutz vor Überflutungen von Landstrichen bieten und sich in Zukunft als äußerst wertvoll erweisen.

Verwendung von Prozesswasser

Prozesswasser findet in der Industrie ein breites Anwendungsspektrum. Zu den Haupteinsatzgebieten der Prozesswasser-Aufbereitung zählen:

• Produktwasser, das Wasser wird Bestandteil des Erzeugnisses vor allem in der chemischen, pharmazeutischen, kosmetischen und Lebensmittelindustrie
• Spül- und Waschwasser hauptsächlich in der Oberflächentechnik, der Papierindustrie, der Lebensmittelindustrie und der Textilindustrie
• für die Dosierung und Durchmischung von Reaktionspartnern zur Einstellung optimaler Reaktionsbedingungen in der chemischen Industrie und der Oberflächentechnik
• Wärmemanagement, Einstellung optimaler Reaktionstemperaturen durch Kühl- oder Heizkreisläufe
• Kesselspeisewasser für die Dampferzeugung in Kraftwerken und in der chemischen Industrie
• Reines Wasser für Analysen zu Qualitätssicherung.

Verfahren zur Aufbereitung von Prozesswasser

Aus den zahlreichen Entnahmemöglichkeiten von Rohwasser und der vielseitigen Verwendung lässt sich leicht absehen, dass die Prozesswasser-Aufbereitung in der Industrie ein äußerst umfangreiches Fachgebiet darstellt. Praktisch können, je nach Rohwasserqualität, sämtliche Verfahren zur Stofftrennung zum Einsatz kommen. Deshalb ist in diesem Rahmen nur ein kleiner Einblick in die Grundlagen der Prozesswasser-Aufbereitung möglich. Effizient ist es, zunächst grobe Verunreinigungen zu entfernen und hohe Konzentrationen zu reduzieren. Danach lassen sich schrittweise Verfahren mit einer immer besseren Trennwirkung einsetzen, bis die erforderliche Prozesswasserqualität erreicht ist.

Filtrationsverfahren

Die optimale Vorgehensweise besteht darin, am Anfang alle festen Stoffe in Sieben und Filtern mit stetig sinkenden Maschenweiten bzw. Porengrößen zurückzuhalten. Für die unterschiedlichen Filtrationsverfahren bietet der Markt eine große Auswahl an technischen Lösungen an.

Chemische Behandlung

Die chemische Behandlung umfasst vor allem die Flockung von Trübstoffen, die Spaltung von Öl-Wasser-Emulsionen und die Fällung von Salzen. Außerdem werden durch eine chemische Behandlung bestimmte Eigenschaften in Prozesswässern eingestellt wie beispielsweise pH-Werte oder Biostabilität. Zusammengeballte Trübstoffflocken lassen sich durch Filter entfernen. Für aufschwimmende Öle nach der Emulsionsspaltung stehen Ölskimmer und -abscheider zur Verfügung. Die nach einer Fällung unlöslichen Salze sinken zu Boden. Oberhalb des Bodensatzes lässt sich das Wasser ableiten. Diesen Verfahren ist gemeinsam, dass dem Rohwasser geeignete Chemikalien mit einer genauen Dosierung zugemischt werden.

Umkehrosmose

Sind ein Lösungsmittel und eine Lösung durch eine Membran getrennt, die nur vom Lösungsmittel passiert werden kann, dringt das Lösungsmittel in die Lösung ein. In der Lösung sinkt die Konzentration. Die Triebkraft für diesen Vorgang ist der höhere Dampfdruck des Lösungsmittels im Vergleich zu ihrer Lösung. Der Stofffluss kommt zum Erliegen, wenn sich ein Druckausgleich eingestellt hat. Der Wert, der zu diesem Zeitpunkt erreicht ist, ist der osmotische Druck. Der Vorgang wird als Osmose bezeichnet. Die Membran nennt man halbdurchlässig oder semipermeabel. Erhöht man den Druck auf der Seite der Lösung über den osmotischen Druck hinaus, fließt das Lösungsmittel durch die Membran zurück. Die gelösten Stoffe verbleiben auf der ursprünglichen Seite. Dieses Verhalten wird als Umkehrosmose bezeichnet und bei der Prozesswasser-Aufbereitung ausgenutzt, um Wasser von Salzen und anderen Inhaltsstoffen zu trennen. Das gereinigte Wasser wird als Permeat bezeichnet.

Ionenaustauschtechnologie

Alumosilikate (Zeolithe), Aluminiumoxid, Tonmineralien, Chlorophyll oder Huminsäure sind natürlich vorkommende Stoffe, auf deren Oberfläche Ionen gebunden sind. Diese Ionen lassen sich durch Ionen mit einer höheren Ladung oder einer größeren molaren Masse austauschen. Materialien für den Ionenaustausch lassen sich auch künstlich herstellen. Sie liegen dann als Kunstharze oder Sulfonierte Kohlenwasserstoffe vor. Werden mit Ionenaustauschmaterial gefüllte Säulen von wässrigen Lösungen durchströmt, gehen leichte Ionen mit geringer Ladung in die Lösung und schwere Ionen mit höherer Ladung lagern sich an den nun freien Stellen an das Material an. So lassen sich schrittweise Salze entfernen. Die letzte Stufe besteht darin, mit Oxoniumionen und Hydroxidionen beladenen Ionentauscher letzte störende Ionen aus dem Wasser auszutauschen. Vorteile der Ionenaustauschtechnologie ergeben sich aus der Regenerierbarkeit des Materials. Ein Überschuss an leichten Ionen spült die schweren Ionen aus und nimmt deren Stelle ein.

Weitere Verfahren zur Prozesswasser-Aufbereitung

Reines Wasser hat beispielsweise bei einer Temperatur von 22 °C einen pH-Wert von 7, bei 20 °C eine elektrische Leitfähigkeit von < 1,1 µS/cm und einen gesamten organischen Kohlenstoffgehalt von < 0,5 mg/l. Reines Prozesswasser orientiert sich an diesen Werten. Viele Prozesse laufen auch bei stark davon abweichenden Werten ordnungsgemäß ab. Dann gelten andere tolerierbare Grenzwerte. Sind jedoch strenge Vorgaben gefordert, lässt sich die Prozesswasser-Aufbereitung nach der Umkehrosmose und der Ionenaustauschtechnologie durch weitere Verfahren ergänzen. Hierzu einige Beispiele:

• Reste organischer Stoffe können mit Aktivkohle entfernt werden.
• Eine UV-Bestrahlung wirkt keimtötend.
• Nanofiltration beseitigt kleinste Bakterien und Viren.
• Entgasungstechnik sorgt dafür, dass störende Gase wie Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid entfernt werden.

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Viele Bereiche der Oberflächentechnik sind auf die Verwendung organischer Lösungsmittel angewiesen. Insbesondere bei der Verarbeitung von Lacken werden sie gebraucht, um schnelle Farbwechsel zu ermöglichen, Lackiereinrichtungen, Förder- und Transportmittel zu reinigen oder Spülprozesse durchzuführen. Allein in Deutschland fallen jährlich rund 60.000 t mit Lacken verunreinigter Lösungsmittel an, für die es eine fachgerechte und ressourceneffiziente Lösung zu finden gilt. Das patentierte Resolve-T-Verfahren® ermöglicht eine nahezu vollständige Lösemittel-Rückgewinnung und eine vollständige Austragung der getrockneten Rückstände, die anschließend weiter aufbereitet werden können.

Nachteile herkömmlicher Verfahren zur Lösemittel-Rückgewinnung

Erste Anlagen zur Lösemittelrückgewinnung wurden bereits kurz nach dem Zweiten Weltkrieg errichtet. Sie trennten die wertvollen organischen Lösungsmittel durch Destillation von den Lacken und ermöglichten es, die Destillate direkt oder nach einer zusätzlichen Lösemittel-Aufbereitung in Form einer Rezeptur-Korrektur erneut dem ursprünglichen Einsatzzweck zuzuführen – allerdings mit Einschränkungen.

Klassische Methoden der Lösemittel-Rückgewinnung arbeiten mit herkömmlichen Destillationsblasen oder Dünnschichtverdampfern, die vorzugsweise unterschiedliches Vakuum nutzen. Die Lösungsmittel verdampfen und werden anschließend wieder kondensiert, während die in ihnen enthaltenen Lacke zurückbleiben und ausgetragen werden. Allerdings birgt dieses Verfahren der Lösemittel-Aufbereitung den Nachteil, dass bei einem durchschnittlichen Lack-Anteil von 10 % im zu recycelnden Stoffgemisch zusätzlich 20 % Lösungsmittel mit ausgetragen werden.

Ist die Destillationsausbeute höher, kommt es zu Verbackungen in den Anlagen. Diese müssen entfernt werden, da sie eine stetige Verringerung des Wärmeübergangs bewirken und Zersetzungsprodukte entstehen lassen, die zur nachteiligen farblichen und geruchlichen Veränderung des Destillats führen. Das hat erhebliche Reinigungs- und Wartungskosten zur Folge.

Der hohe Lösemittelgehalt im Lackrückstand ist nicht nur aus ökonomischer Sicht ein unbefriedigendes Resultat, sondern auch aus ökologischer. Zum einen wird das Gemisch aus Lack und Lösemittel bei der Rückgewinnung heiß aus den Anlagen ausgetragen und führt dadurch zu erheblichen Emissionen, die mit hohem apparativem und energetischem Aufwand unterbunden werden müssen. Zum anderen vergrößert sich das Abfallvolumen um rund 200 %.

Für derart kontaminierte Rückstände bleiben letztlich nur zwei Möglichkeiten: die Abfallverbrennung oder die Entsorgung als Sondermüll in entsprechenden Deponien. In beiden Fällen gehen wertvolle Rohstoffe verloren, die dann energieintensiv neu gewonnen werden müssen.

Wirtschaftliche und ökologische Bedeutung der Lösemittelrückgewinnung

Die Rückgewinnung organischer Lösemittel bietet Unternehmen erhebliche wirtschaftliche Vorteile. Der Neukauf frischer Lösemittel verursacht nicht nur hohe Beschaffungskosten, sondern auch teure Entsorgungsgebühren für verbrauchte Produkte. Durch die Lösemittelrückgewinnung lassen sich beide Kostenblöcke deutlich reduzieren. Studien zeigen, dass Betriebe ihre Lösemittelkosten durch systematische Rückgewinnung um 40 bis 60 Prozent senken können.

Ein mittelständisches Lackierunternehmen verbraucht jährlich etwa 50 Tonnen Lösemittel. Bei einem durchschnittlichen Preis von 2.000 Euro pro Tonne entstehen Beschaffungskosten von 100.000 Euro. Hinzu kommen Entsorgungskosten von etwa 1.500 Euro pro Tonne für kontaminierte Lösemittel, also weitere 75.000 Euro. Durch Lösemittelrückgewinnung können bis zu 80 Prozent der eingesetzten Lösemittel wiedergewonnen werden, was einer Einsparung von 140.000 Euro pro Jahr entspricht. Die Investition in eine moderne Anlage zur Lösemittel-Aufbereitung amortisiert sich dadurch typischerweise innerhalb von zwei bis vier Jahren.

Die Ressourcenschonung durch Lösemittelrückgewinnung geht über den Materialeinsatz hinaus. Erdöl als fossiler Rohstoff steht nicht unbegrenzt zur Verfügung. Jedes Kilogramm recyceltes Lösemittel reduziert den Bedarf an Primärrohstoffen. Angesichts volatiler Rohstoffpreise und zunehmender Importabhängigkeit gewinnt dieser Aspekt an strategischer Bedeutung. Unternehmen, die konsequent auf Lösemittel-Aufbereitung setzen, machen sich unabhängiger von Preisschwankungen auf den Rohstoffmärkten und sichern ihre Versorgung langfristig ab.

Moderne Verfahren zur Rückgewinnung erreichen Reinheitsgrade, die es ermöglichen, wiedergewonnene Lösemittel ohne Qualitätseinbußen erneut einzusetzen. In vielen Anwendungen sind sie von Neuware nicht zu unterscheiden. Das schafft einen echten Kreislauf, in dem Lösemittel mehrfach verwendet werden können, bevor sie thermisch verwertet werden müssen. Die Kreislaufwirtschaft im Bereich organischer Lösungsmittel trägt damit zur Ressourcenschonung industrieller Produktionsprozesse bei.

Resolve-T: Das patentierte Verfahren zur Lösemittel-Aufbereitung

Mit Resolve-T ist es der REMATEC GmbH, einem Tochterunternehmen der Chemische Werke Kluthe GmbH, gelungen, den Lösemittelanteil im Lackrückstand auf null zu reduzieren. Bei dieser Methode der Lösemittel-Aufbereitung handelt es sich um einen kombinierten Prozess, der die Lösemittel-Rückgewinnung (Resolve) und die anschließende übergangslose Trocknung (T) einschließt.

Beim Resolve-T-Verfahren® wird dem Lack-Lösungsmittel-Gemisch ein Additiv zugegeben. Die Menge richtet sich nach dem Grad der Lackbelastung. Bei einer 10-prozentigen Belastung kommen etwa 1,5 % Additiv hinzu. Das so präparierte Material wird in gängige Schaufeltrockner oder in Blasendestillationsanlagen mit Rührwerken gepumpt und dort unter normalen Vakuumbedingungen destilliert. Das Additiv unterbindet die Klebrigkeit des Lackes, ohne dessen Eigenschaften chemisch zu verändern.

Hat sich ein ausreichend großer, bei diesen Bedingungen nicht destillierbarer Lackrückstand aufgebaut, wird die Lösemittelzufuhr unterbrochen und das restliche Lösemittel bei einer Temperatur von etwa 100 °C und einem Unterdruck von 400 mbar herausdestilliert. Nach Ende des Destillationsvorgangs verbleibt ein rieselfähiger, entklebter Lackrückstand ohne nachweisbare Lösemittelreste.

Das Trockengut, bestehend aus einem energiereichen Bindemittel (rund 25.000 kJ/kg), Füllstoffen (z. B. Dolomit, Talkum, Bentone, Kaolin oder Aerosil) und Pigmenten, wird auf festgelegte Korngrößen gemahlen. Anschließend wird der Trockenstoff pelletiert und kann beispielsweise als Ausgangsstoff zur Herstellung hochreinen Methanols genutzt werden. Darüber hinaus können Zementwerke das Trockengut als Energieträger, aber auch als Füllstoff zur Anreicherung im Zement benötigter Verbindungen nutzen.

Weitere Verfahren der Lösemittel- und Wertstoffrückgewinnung bei REMATEC

Neben dem Resolve-T-Verfahren kommen bei der Kluthe-Tochter noch weitere Verfahren der Lösemittel-Rückgewinnung und Wertstoffaufbereitung zur Anwendung.

Reinigung und Fraktionierung von organischen Lösemitteln

Das Reinigen von Lösungsmitteln inkludiert die Trennung fester und flüssiger Stoffe. Im nächsten Schritt der Lösemittel-Rückgewinnung können die Lösemittel über eine fraktionierte Destillation voneinander getrennt werden.

Wertstoff-Rückgewinnung mittels Isodry-Verfahren

Bei dieser Technologie werden Altfarben, Altlacke und Lackkoagulate aufbereitet, die sowohl Lösemittel als auch Wasser enthalten. Im ersten Verfahrensschritt werden hydrophile Zuschlagstoffe beigesetzt, um das Stoffgemisch zu konditionieren. Danach werden die flüssigen Bestandteile abdestilliert und die drei Fraktionen dem Wirtschaftskreislauf zugeführt.

Rohstoff-Rückgewinnung aus Wasserlack-Sprühflüssigkeiten

Diese Methode ermöglicht die Rückgewinnung von Wertstoffen aus Hydrospülern, die beim Lackieren mit wasserbasierten Systemen anfallen (v. a. Autoindustrie). Hierbei werden zunächst die Lackpartikel durch Zugabe von Spezialchemikalien von den flüssigen Komponenten getrennt. Danach werden sie gefiltert und im Isodry-Verfahren weiterverarbeitet. Das Wasser-Lösemittelgemisch dient als Ausgangsstoff für Produkte zur Oberflächenbehandlung.

Gesetzliche Anforderungen und Qualitätsstandards bei der Lösemittelrückgewinnung

Die Lösemittelrückgewinnung unterliegt einem komplexen rechtlichen Rahmen, der sowohl Umweltschutz als auch Produktqualität sicherstellen soll. Das Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) bildet die zentrale gesetzliche Grundlage. Es verpflichtet Unternehmen zur Vermeidung, Verwertung und umweltverträglichen Beseitigung von Abfällen. Organische Lösemittel fallen unter die gefährlichen Abfälle und müssen entsprechend gekennzeichnet, gelagert und behandelt werden.

Nach dem KrWG hat die stoffliche Verwertung Vorrang vor der energetischen. Das bedeutet konkret: Bevor Lösemittel verbrannt werden, muss geprüft werden, ob eine Rückgewinnung technisch möglich und wirtschaftlich zumutbar ist. Diese Vorrangstellung macht die Lösemittelrückgewinnung nicht nur ökologisch sinnvoll, sondern auch rechtlich geboten. Unternehmen, die verbrauchte Lösemittel ohne Prüfung der Verwertungsmöglichkeiten entsorgen, riskieren Bußgelder und können ihre Entsorgungsnachweise nicht ordnungsgemäß führen.

Die 31. Bundesimmissionsschutzverordnung (31. BImSchV) regelt die Begrenzung von Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) bei Verwendung in Anlagen und Produkten. Sie setzt Emissionsgrenzwerte und fordert von Betreibern entsprechender Anlagen die Erstellung von Lösemittelbilanzen. Durch effektive Lösemittelrückgewinnung können Unternehmen diese Grenzwerte leichter einhalten und reduzieren gleichzeitig ihre VOC-Emissionen deutlich. Moderne Anlagen zur Lösemittel-Aufbereitung sind so konzipiert, dass praktisch keine Emissionen in die Atmosphäre gelangen.

Qualitätsstandards spielen eine entscheidende Rolle bei der Rückgewinnung. Wiedergewonnene Lösemittel müssen definierten Spezifikationen entsprechen, um in industriellen Prozessen eingesetzt werden zu können. Wesentliche Parameter sind Reinheit, Wassergehalt, Siedepunkt und Dichte. Analytische Verfahren wie Gaschromatographie, Infrarotspektroskopie und Karl-Fischer-Titration kommen zur Qualitätssicherung zum Einsatz. Seriöse Anbieter stellen für jede Charge Analysenzertifikate aus, die die Einhaltung der vereinbarten Spezifikationen belegen.

Die Zertifizierung von Entsorgungsfachbetrieben nach § 56 KrWG ist Voraussetzung für die gewerbsmäßige Durchführung der Lösemittelrückgewinnung. Diese Zertifizierung bestätigt, dass der Betrieb über die erforderliche Fachkunde, Zuverlässigkeit und Ausstattung verfügt. Für Unternehmen, die verbrauchte Lösemittel abgeben, bietet die Zusammenarbeit mit zertifizierten Fachbetrieben Rechtssicherheit. Sie erfüllen damit ihre Überwachungspflichten nach dem Abfallrecht und können im Schadensfall nachweisen, dass sie ihrer Sorgfaltspflicht nachgekommen sind.

Dokumentationspflichten begleiten den gesamten Prozess der Rückgewinnung. Entsorgungsnachweise müssen die Art, Menge und Herkunft der Abfälle dokumentieren sowie den Verbleib lückenlos nachweisen. Diese Nachweise sind über Jahre aufzubewahren und auf Verlangen den Behörden vorzulegen. Elektronische Nachweisverfahren wie eANV (elektronisches Abfallnachweisverfahren) vereinfachen die Dokumentation und reduzieren den administrativen Aufwand. Professionelle Dienstleister für Lösemittelrückgewinnung übernehmen diese Dokumentation üblicherweise als Teil ihres Servicepakets und entlasten ihre Kunden von bürokratischen Pflichten.

REACH-Verordnung und CLP-Verordnung regeln zusätzlich die Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe sowie deren Kennzeichnung. Auch wiedergewonnene Lösemittel unterliegen diesen Vorschriften, wenn sie in den Verkehr gebracht werden. Spezialisierte Unternehmen für Lösemittel-Aufbereitung verfügen über die erforderlichen Registrierungen und stellen sicher, dass alle regulatorischen Anforderungen erfüllt sind. Das ermöglicht ihren Kunden den rechtskonformen Einsatz der zurückgewonnenen Produkte ohne eigenen regulatorischen Aufwand.

Organisation der Lösemittel-Rückgewinnung bei Kluthe

Verbrauchte Lösemittel und lösemittelhaltige Abwässer zählen zu den gefährlichen Abfallstoffen und müssen getrennt gesammelt und entsorgt oder verwertet werden. Serviceorientierte Lösemittel-Hersteller haben nicht nur das Know-how und das technische Equipment für die stoffliche Verwertung von Lösungsmitteln, sie unterstützen ihre Kunden auch aktiv bei der Rückgewinnung. Die Kluthe GmbH stellt hierzu Behältersysteme zum Sammeln der Rückstände zur Verfügung, die durch eine unternehmenseigene Spedition abgeholt und zur Rückgewinnung in die REMATEC-Anlagen nach Mügeln (Sachsen) oder Heidelberg (Baden-Württemberg) transportiert werden.

Für die Kunden bedeutet das einen verschwindend geringen Aufwand im Vergleich zur Behandlung der verbrauchten Lösungsmittel als Abfallstoff. Auch der Materialeinsatz lässt sich reduzieren, da Lösemittel mehrfach im Kreislauf geführt und Lackrückstände stofflich verwertet werden können. Wer sich umfassend über die verschiedenen Verfahren zur Rückgewinnung und Aufbereitung informieren möchte, findet im Kluthe Magazin weitere Artikel zum <a

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Cradle to Cradle einfach erklärt: Von der Wiege zur Wiege

Das C2C-Prinzip ist keine ganz neue Erfindung. Das auf Ökoeffektivität basierende Wirtschaftskonzept wurde bereits gegen Ende der 1990er Jahre vom deutschen Chemiker Michael Braungart und dem US-amerikanischen Architekten William McDonough entwickelt. Ins Deutsche übersetzt bedeutet Cradle-to-Cradle „von der Wiege zur Wiege“. Damit bildet es einen Kontrapunkt zur bekannten Phrase „von der Wiege bis zur Bahre“, sprich „Cradle-to-Grave“.

Die Kreislaufwirtschaft folgt einem Konzept, das sich hinsichtlich seiner Ökoeffektivität deutlich von der klassischen linearen Wirtschaft unterscheidet. Im Gegensatz zu dieser berücksichtigt es nicht nur den Abschnitt von der Produktion bis hin zum Verbraucher, sondern reicht darüber hinaus. Nach dem C2C-Ansatz sind Herstellungsprozesse Kreisläufe, in denen nichts verloren geht. Stattdessen sollen sämtliche Materialien ohne Qualitätsverlust wiederverwendbar sein. Dadurch gibt es keine Abfälle, die entsorgt werden müssen.

Cradle to Cradle Prinzip: So funktioniert die Kreislaufwirtschaft

Derzeit laufen Produktionsprozesse zumeist nach dem Take-make-waste-Prinzip. Unternehmen holen sich die Rohstoffe aus der Natur und erzeugen daraus Produkte, die nach Gebrauch auf der Mülldeponie landen. Meist enthalten die Abfälle nicht abbaubare Materialien und sogar Schadstoffe, die eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Aktuelle Recycling-Modelle reichen Braungart und McDonough nicht aus, da die Rohstoffe durch die Wiederverwertung oft an Qualität verlieren und sich irgendwann doch noch im Müll wiederfinden.

Das von den beiden angedachte C2C-Design-Konzept empfiehlt eine viel radikalere, ganzheitliche Herangehensweise. Cradle-to-Cradle-Produkte sind so ausgelegt, dass alle Rohstoffe und Materialien in potenziell endlosen Kreisläufen zirkulieren, ohne jemals Abfallstoffe zu bilden. Derartige Zyklen haben sich in der Natur seit Jahrmillionen bewährt. Ein Baum beispielsweise ist nicht emissionsfrei. Jedoch ist der von ihm produzierte Sauerstoff nicht schädlich für andere Lebewesen, sondern eine wichtige Voraussetzung für ihre Existenz. Sein herabfallendes Laub ist ebenfalls kein Abfall. Es dient als Nährstoffquelle für Tiere und Pflanzen.

Dieses Prinzip greift das Cradle-to-Cradle-Design auf. C2C-Produkte sollen in geschlossenen Stoffkreisläufen funktionieren, sodass es keine Abfälle im Sinne von „nicht mehr Brauchbarem“ gibt, sondern nur noch nützliche Rohstoffe.

Unterschied zwischen Cradle to Cradle und klassischem Recycling

Der fundamentale Unterschied zwischen C2C und herkömmlichem Recycling liegt in der Qualität der Materialien nach der Wiederverwendung. Beim klassischen Recycling – auch Downcycling genannt – verlieren Materialien bei jedem Recycling-Durchgang an Qualität. Plastikflaschen werden zu minderwertigen Kunststoffprodukten, Papier wird dünner und brüchiger. Am Ende dieser Recycling-Kette steht dennoch die Müllverbrennung oder Deponie.

Das C2C-Konzept hingegen setzt auf Upcycling: Materialien behalten ihre ursprüngliche Qualität oder werden sogar aufgewertet. Dies wird durch intelligentes Produktdesign erreicht, bei dem bereits in der Entwicklungsphase festgelegt wird, welche Materialien verwendet werden und wie diese später sortenrein getrennt werden können. C2C zertifizierte Produkte müssen diese Anforderungen nachweislich erfüllen.

Die zwei Kreisläufe: Biosphäre und Technosphäre

Nicht alles kann auf natürliche Weise verrotten. Deshalb gibt es nicht nur einen C2C-Kreislauf, sondern zwei:

1. die Biosphäre (biologischer Kreislauf für Verbrauchsprodukte) und
2. die Technosphäre (technischer Kreislauf für Gebrauchsprodukte)

Die Biosphäre besteht aus Verbrauchsgütern, die sich zu Produkten zusammensetzen lassen. Nach Ende ihrer Nutzungszeit sind ihre Bestandteile biologisch abbaubar. Aus ihnen werden Nährstoffe, die beispielsweise Pflanzen als Nahrung dienen. So helfen sie bei der Erschaffung neuer biologischer Stoffe, die wieder geerntet und zu neuen Produkten verarbeitet werden können. Dieser Kreislauf ist unbegrenzt und erzeugt keinen Abfall. Sämtliche zirkulierenden Stoffe können nach Gebrauchsende weiterhin nützlich sein.

Metalle, Kunststoffe und andere nicht verrottbare technische Rohstoffe werden in einer zweiten Kreislaufwirtschaft bewegt, der Technosphäre. Bestandteile von Gebrauchsprodukten können in diesem Kreislauf endlos zirkulieren, sofern sie sortenrein demontierbar beziehungsweise trennbar sind. Nur so sind ein Recycling und eine Wiederverwendung bei gleichbleibender Qualität gewährleistet. Somit wird bereits bei der Entwicklung und Herstellung eines Produktes bestimmt, ob es kreislauffähig ist oder nicht.

Die C2C-Designprinzipien im Detail

• Produkte werden ressourcenschonend aus Recycling-Materialien und mit erneuerbaren Energien erzeugt.
• Verbrauchsgüter wie Reinigungsmittel dürfen keine Schadstoffe enthalten und müssen biologisch abbaubar sein.
• Gebrauchsgüter wie elektronische Geräte und Verpackungen sollen in ihre Komponenten zerlegbar, verlustfrei wiederaufbereitbar und für neue Produktionsprozesse einsetzbar sein.
• Alle verwendeten Materialien müssen für Mensch und Umwelt unbedenklich sein.
• Die Produktion erfolgt mit erneuerbaren Energien oder energiepositiv.
• Wasser wird als wertvolle Ressource behandelt und sauber zurückgeführt.

Das heißt: C2C-Produkte vergrößern nach ihrer Nutzung nicht die Müllberge, sondern bilden die Basis für etwas Neues – so, wie es die Natur vormacht.

Vorteile von Cradle to Cradle

Das C2C-Konzept bietet zahlreiche Vorteile für Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft:

Ökologische Vorteile: Der wichtigste Vorteil ist die drastische Reduktion von Abfällen. In einem perfekt umgesetzten C2C-System gibt es keinen Müll mehr, sondern nur noch Nährstoffe für biologische oder technische Kreisläufe. Dies reduziert die Belastung von Deponien und Verbrennungsanlagen erheblich. Gleichzeitig werden natürliche Ressourcen geschont, da weniger Rohstoffe aus der Natur entnommen werden müssen. Die Verwendung erneuerbarer Energien in der Produktion verringert zudem den CO2-Ausstoß und trägt zum Klimaschutz bei.

Wirtschaftliche Vorteile: Unternehmen, die auf C2C setzen, sichern sich langfristig den Zugang zu Rohstoffen. In Zeiten knapper werdender Ressourcen ist dies ein entscheidender Wettbewerbsvorteil. Die Kreislaufwirtschaft schafft neue Geschäftsmodelle wie Product-as-a-Service, bei denen Produkte nicht verkauft, sondern vermietet werden. Nach der Nutzung kehren sie zum Hersteller zurück und werden vollständig wiederverwertet. Dies schafft stabile Lieferketten und macht Unternehmen unabhängiger von Rohstoffpreisschwankungen.

Gesundheitliche Vorteile: C2C zertifizierte Produkte dürfen keine gesundheitsschädlichen Stoffe enthalten. Dies schützt sowohl die Verbraucher als auch die Arbeiter in der Produktion. Besonders bei Textilien, Reinigungsmitteln und Baumaterialien spielt dieser Aspekt eine wichtige Rolle.

Innovationspotenzial: Die Umstellung auf C2C-Design fördert Innovation. Unternehmen müssen ihre Produkte neu denken und entwickeln dabei oft bessere, langlebigere und funktionalere Lösungen. Dies kann zu technologischen Durchbrüchen führen und die Wettbewerbsfähigkeit steigern.

Herausforderungen bei der C2C-Umsetzung

Trotz aller Vorteile steht die breite Umsetzung von Cradle to Cradle vor mehreren Herausforderungen:

Höhere Entwicklungskosten: Die Entwicklung C2C-konformer Produkte erfordert intensive Forschung und Entwicklung. Materialien müssen auf ihre Umweltverträglichkeit geprüft werden, Produktionsprozesse müssen umgestellt werden. Diese Investitionen sind zunächst kostenintensiv, auch wenn sie sich langfristig amortisieren. Besonders kleine und mittlere Unternehmen scheuen oft diese Anfangsinvestitionen.

Komplexe Lieferketten: Für eine erfolgreiche C2C-Umsetzung müssen alle Partner in der Lieferkette mitziehen. Dies bedeutet, dass Zulieferer ebenfalls C2C-konforme Materialien verwenden müssen. Die Koordination und Überwachung solch komplexer Lieferketten ist anspruchsvoll und erfordert neue Formen der Zusammenarbeit.

Fehlende Infrastruktur: Für technische Kreisläufe braucht es Systeme zur Rücknahme, Demontage und Wiederverwertung von Produkten. Diese Infrastruktur ist in vielen Bereichen noch nicht ausreichend vorhanden. Investitionen in Recycling-Technologien und Logistiksysteme sind notwendig.

Regulatorische Hürden: Bestehende Gesetze und Normen sind oft auf die lineare Wirtschaft ausgerichtet. Neue Produktdesigns und Geschäftsmodelle passen nicht immer in diese Rahmen. Hier braucht es Anpassungen in der Gesetzgebung und bei Standards.

Verbraucherakzeptanz: Neue Geschäftsmodelle wie Product-as-a-Service erfordern ein Umdenken bei Verbrauchern. Nicht jeder ist bereit, Produkte zu mieten statt zu kaufen oder sie nach Gebrauch zurückzugeben.

Trotz dieser Herausforderungen zeigen erfolgreiche C2C-Beispiele, dass die Umsetzung möglich ist und sich sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich lohnt.

Cradle to Cradle Beispiele aus der Praxis

Bis diese Kreislaufwirtschaft in Deutschland zum Produktionsstandard wird, dürfte noch etwas Zeit ins Land gehen. Es gibt jedoch Unternehmen, die schon jetzt zumindest einige ihrer Produkte nach C2C-Prinzipien herstellen. Dazu gehören auch die Chemischen Werke Kluthe GmbH und ihr Tochterunternehmen REMATEC, bei denen eine Kreislaufwirtschaft im Sinne des C2C-Gedanken bereits in folgenden Bereichen funktioniert:

Lösemittelrückgewinnung mit dem Resolve-T-Verfahren(R)

Das Resolve-T-Verfahren(R) verbindet die Destillation stark mit Feststoffen belasteter Lösemittel mit einer darauffolgenden Trocknung der verbleibenden Feststoffe. Hierdurch lassen sich organische Lösungsmittel vollständig zurückgewinnen, ohne dass Crack-Produkte entstehen. Auf diesem Wege wird eine Qualitätsminderung der gewonnenen Destillate durch Farb- oder Geruchsveränderungen verhindert. Entwickelt wurde die Technologie zur Aufbereitung von lösemittelhaltigen Schlämmen, die zum Beispiel beim Lackieren anfallen.

Aufbereitung von Wertstoffen aus Altfarben, Altlacken und Lackkoagulaten mit dem Isodry-Verfahren(R)

Das Isodry-Verfahren(R) dient der Aufbereitung von Altlacken, Altfarben und Lackkoagulaten, die sowohl Lösemittel als auch Wasser beinhalten. Der erste Verfahrensschritt umfasst die Konditionierung der Stoffgemische durch das Hinzufügen hydrophiler Zuschlagstoffe. Anschließend werden die flüchtigen Komponenten in Form von Wasser und Lösemitteln abdestilliert. Statt zur Entsorgung gelangen alle drei Fraktionen (Wasser, Lösungsmittel, Trockengut) zurück in den Wirtschaftskreislauf.

Rückgewinnung von Rohstoffen aus Hydrospülern mit dem Hydrosolve-Verfahren(R)

Das Hydrosolve-Verfahren(R) wird zur Aufbereitung der beim Lackieren mit wasserbasierenden Systemen verwendeten Wasserlack-Spülflüssigkeiten eingesetzt. Zunächst werden die in den Hydrospülern enthaltenen Lackpartikel mithilfe von Spezialchemikalien von den flüssigen Bestandteilen getrennt. Danach werden sie im Isodry-Verfahren(R) weiterverarbeitet. Das wiedergewonnene Wasser-Lösungsmittel-Gemisch dient als Rohstoff für Produkte zur Oberflächenbehandlung.

Darüber hinaus ist es den Kluthe Werken gelungen, den Abfallstoff „Waste Oil“ als Rohstoffquelle für die Kühlschmierstoffe der Hakuform-S-Reihe zu nutzen, die „klassischen“ Kühlschmierstoffen durchaus ebenbürtig sind.

Häufig gestellte Fragen zu Cradle to Cradle

Was ist der Hauptunterschied zwischen Cradle to Cradle und klassischem Recycling?
Beim klassischen Recycling (Downcycling) verlieren Materialien oft an Qualität. C2C setzt auf sortenreine, endlos wiederverwendbare Materialien ohne Qualitätsverlust – die Materialien bleiben hochwertig oder werden sogar aufgewertet.

Welche Produkte können C2C zertifiziert werden?
Grundsätzlich alle Produktkategorien – von Textilien über Reinigungsmittel und Baumaterialien bis zu Elektronik und Verpackungen. Entscheidend ist, dass sie die C2C-Designkriterien erfüllen.

Ist Cradle to Cradle teurer als konventionelle Produktion?
Die Entwicklung ist zunächst kostenintensiver, langfristig sinken jedoch Rohstoffkosten durch Kreislaufführung und Entsorgungsgebühren entfallen komplett. Viele Unternehmen berichten von wirtschaftlichen Vorteilen nach der Umstellung.

Wie kann mein Unternehmen auf C2C umstellen?
Der Einstieg beginnt mit einer Materialanalyse und Produktbewertung. Eine schrittweise Umstellung einzelner Produktlinien ist möglich. Zertifizierungsstellen wie das Cradle to Cradle Products Innovation Institute bieten Unterstützung und Beratung.

Weiterführende Artikel zum Thema und Studien finden sich zum Beipsiel bei ScienceDirect im Journal of Cleaner Production oder in Cradle to Cradle and LCA.

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Was ist Abfallminimierung in der Chemieindustrie?

Abfallminimierung bezeichnet alle Maßnahmen zur Verringerung der Abfallmenge, die bei der Herstellung chemischer Produkte entsteht. Das Ziel ist, sowohl die Menge als auch die Gefährlichkeit von Produktionsabfällen zu reduzieren. In der chemischen Industrie ist dies besonders wichtig, da viele Abfälle toxische, ätzende oder umweltgefährdende Eigenschaften aufweisen.

Die Abfallminimierung in der Chemie verfolgt drei zentrale Ansätze: Erstens die Abfallvermeidung, bei der Produktionsprozesse so gestaltet werden, dass möglichst wenig Abfall entsteht. Zweitens die Abfallverwertung durch Recycling und Ressourcenrückgewinnung, bei der nicht vermeidbare Abfälle als Sekundärrohstoffe zurück in den Produktionskreislauf gelangen. Drittens die sichere Entsorgung von nicht verwertbaren Reststoffen nach den geltenden Umwelt- und Sicherheitsvorschriften.

Moderne Produktionsprozesse in der chemischen Industrie sind grundsätzlich auf bestmögliche Abfallminimierung ausgerichtet. Mittlerweile hat es die Branche geschafft, die Abfallmenge vom Produktionswachstum zu entkoppeln. Eine Vielzahl von Verfahren sind so konzipiert, dass sie dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft folgen. So werden beispielsweise in der Produktion benötigte Lösungsmittel möglichst lange im Kreislauf gehalten. Erst wenn ihre Qualität dafür nicht mehr ausreicht, werden sie anderweitig verwendet oder der Ressourcenrückgewinnung im Rahmen einer Aufbereitung zugeführt.

Kategorien von Chemieabfällen: Gefährlich vs. nicht gefährlich

Nicht alle chemischen Abfälle sind gleich. Das Kreislaufwirtschaftsgesetz und die Abfallverzeichnisverordnung unterscheiden zwischen gefährlichen und nicht gefährlichen Abfällen. Diese Unterscheidung ist entscheidend für die richtige Behandlung, Lagerung und Entsorgung.

Gefährliche Abfälle (auch Sonderabfälle genannt) sind in der Abfallverzeichnisverordnung mit einem Stern markiert. Sie umfassen Stoffe, die explosiv, entzündbar, ätzend, giftig, krebserregend, erbgutverändernd oder umweltgefährlich sind. Typische gefährliche Chemieabfälle sind verbrauchte Lösungsmittel, Säuren und Laugen, Schwermetallverbindungen, halogenierte organische Verbindungen, Laborchemikalien und kontaminierte Filtermaterialien. Diese Abfälle dürfen nicht mit dem normalen Gewerbemüll entsorgt werden und erfordern spezielle Behandlungsverfahren.

Nicht gefährliche chemische Abfälle hingegen stellen keine unmittelbare Gefahr für Mensch und Umwelt dar. Dazu zählen beispielsweise verdünnte wässrige Lösungen ohne gefährliche Inhaltsstoffe, ausgehärtete Kunststoffreste oder gereinigte Verpackungsmaterialien. Auch diese sollten nach Möglichkeit recycelt werden, unterliegen aber weniger strengen Auflagen bei Lagerung und Transport.

Die korrekte Kategorisierung ist Pflicht: Jeder Abfallerzeuger muss seine Abfälle anhand ihrer Eigenschaften und Inhaltsstoffe den richtigen Abfallschlüsselnummern zuordnen. Bei Unsicherheit kann eine chemische Analyse oder die Beratung durch zertifizierte Entsorgungsfachbetriebe Klarheit schaffen.

Rechtliche Grundlagen der Abfallwirtschaft in der Chemie

Die Abfallwirtschaft in der chemischen Industrie unterliegt einem umfangreichen rechtlichen Rahmen, der sowohl auf europäischer als auch auf nationaler Ebene geregelt ist. Das Kreislaufwirtschaftsgesetz bildet in Deutschland die Grundlage und verfolgt das Ziel, natürliche Ressourcen zu schonen und Mensch sowie Umwelt zu schützen.

Zentrale Gesetze und Verordnungen sind das Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG), das die Abfallhierarchie festlegt (Vermeidung vor Verwertung vor Beseitigung), die Gefahrstoffverordnung (GefStoffV), die den Umgang mit gefährlichen Stoffen regelt, die Abfallverzeichnisverordnung (AVV), die Abfälle kategorisiert und Abfallschlüsselnummern zuweist, das Chemikaliengesetz (ChemG), das die sichere Handhabung von Chemikalien vorschreibt, und das Europäische Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR), das den Transport regelt.

Unternehmen der chemischen Industrie müssen außerdem das elektronische Nachweisverfahren für gefährliche Abfälle nutzen. Dabei wird jede Abfallbewegung digital dokumentiert – vom Erzeuger über den Beförderer bis zum Entsorger. Diese lückenlose Nachverfolgbarkeit gewährleistet, dass gefährliche Abfälle ordnungsgemäß behandelt werden und nicht illegal entsorgt werden können.

Verstöße gegen abfallrechtliche Vorschriften können empfindliche Bußgelder nach sich ziehen. Noch wichtiger ist jedoch, dass unsachgemäße Abfallbehandlung erhebliche Umweltschäden verursachen und die menschliche Gesundheit gefährden kann. Daher ist die Einhaltung aller Vorschriften nicht nur eine rechtliche, sondern auch eine ethische Verpflichtung.

Strategien zur Abfallvermeidung: Quellenreduzierung und Prozessoptimierung

Am besten ist es, Abfall überhaupt nicht entstehen zu lassen. Hierfür existieren zwei wirksame Ansätze: die Quellenreduzierung und die Prozessoptimierung.

Die Quellenreduzierung legt den Fokus darauf, Herstellungsprozesse so zu verändern, dass weniger bis gar keine Abfälle erzeugt werden. Das kann gelingen durch die effizientere Nutzung und Wiederverwendung von Chemikalien, die Minimierung der Einsatzkonzentration bei gleichbleibender Performance, das Vermeiden von Rückständen durch einen möglichst vollständigen Stoffumsatz, den Einsatz hochwertiger Rohstoffe um die Ausschussmengen zu minimieren, das Hervorbringen ausschließlich weiterverwendbarer Nebenprodukte und das Entwickeln langlebiger Erzeugnisse, die sich wiederverwenden oder wiederverwerten lassen.

Bei der Abfallminimierung durch Prozessoptimierung geht es darum, Rückstände durch eine Verfeinerung und die effizientere Gestaltung industrieller Prozesse zu vermeiden. Hierunter fallen beispielsweise die Modernisierung von Maschinen und Anlagen zur Effizienzsteigerung, die Verbesserung von Produktionslayouts und die Implementierung emissions- und abfallärmerer Produktionstechnologien.

Die Reduzierung von Produktionsabfällen bis hin zu Zero-Waste-Ansätzen bietet sowohl umweltbezogene als auch ökonomische Vorteile. Einerseits trägt die Abfallminimierung zur Schonung von Rohstoffen und zur Verringerung der Umweltbelastung bei. Andererseits können Unternehmen mit modernen Abfallreduzierungs-Technologien ihre Entsorgungs- und Behandlungskosten maßgeblich senken und auf diese Weise finanzielle Mittel für andere Unternehmensbereiche freisetzen.

Ressourcenrückgewinnung durch Recycling in der Chemieindustrie

Neben der Abfallminimierung durch Abfallvermeidung spielt eine innovative Abfallverwertung durch Rohstoffrückgewinnung eine zunehmend größere Rolle in der chemischen Industrie. Anstatt ihn als lästiges Problem zu entsorgen, wird nicht vermeidbarer Abfall zu einer Ressource, die als Sekundärrohstoff im eigenen Produktionsprozess und/oder in einer anderen Industrie eingesetzt werden kann. Das trägt nicht nur zur Abfallminimierung in der Chemie bei, sondern hilft zugleich, den Einsatz endlicher Primärrohstoffe, insbesondere fossiler Ressourcen, zu reduzieren.

Am Produktlebensende bestehen verschiedene Optionen der Kreislaufwirtschaft zur Abfallreduzierung. Zum einen besteht die Möglichkeit der Rohstoffrückgewinnung durch mechanisches und chemisches Recycling. Zum anderen trägt auch die energetische Verwertung nicht recycelbarer Produkte zur Abfallminimierung in der chemischen Produktion bei.

Bei der Ressourcenrückgewinnung kommen drei Recyclingarten zur Anwendung: das Stoffrecycling (Wiedergewinnung der Ausgangsstoffe), das Recycling von Produktionsabfällen (Direktrecycling industrieller Abfälle) und das Produktrecycling (Nutzung von Werkstoffen und anderer Komponenten). Für die Abfallminimierung in der Chemie spielen vor allem die ersten beiden Arten eine Rolle. Für einen maximalen ökologischen und wirtschaftlichen Nutzen sollte das Recycling möglichst wenige Prozessschritte umfassen und sich durch Energieeffizienz und einen geringen Schadstoffeintrag auszeichnen.

Stoffrecycling: Vom Abfall zurück zum Rohstoff

Am Anfang des Stoffrecyclings stehen das Zerlegen von Produkten in ihre Komponenten und das Trennen der verschiedenen Werkstoffe. Durch anschließende, möglichst ressourcenschonende Produktionsprozesse können die rückgewonnenen Materialien in die Kreislaufwirtschaft zurückgeführt werden.

Am besten funktioniert diese Form der Abfallminimierung bei Metallen, da diese aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften eine zumindest teilweise Automatisierung der Ressourcenrückgewinnung erlauben. Auch das Recycling von Glas und Altpapier hat seit vielen Jahren einen festen Platz in der Kreislaufwirtschaft.

Schwieriger gestaltet sich das Stoffrecycling bei Kunststoffen, deren sehr ähnliche physikalische Eigenschaften eine sortenreine Trennung und damit auch die Umsetzung von Zero-Waste-Strategien erschweren. Gemischte Kunststoffabfälle können mithilfe verschiedener Verfahren (Pyrolyse, Verflüssigung, Vergasung) in ihre Grundbausteine rückverwandelt und auf diese Weise wieder als Rohstoffe nutzbar gemacht werden. Aufgrund ihrer geringen Energieeffizienz sind diese Prozesse derzeit aber noch unrentabel und somit keine wirkliche Alternative zur thermischen Verwertung.

Produktionsabfallrecycling: Lösungsmittel und Prozesschemikalien zurückgewinnen

Bei den Produktionsabfällen in der chemischen Industrie handelt es sich in erster Linie um verbrauchte Prozesschemikalien. Diese können durch verschiedene Verfahren in ihre Bestandteile zerlegt und aufbereitet werden. Die Kluthe-Werke haben hierzu die Tochterfirma Rematec gegründet, deren Aufgabe darin besteht, nicht vermeidbare Abfallstoffe möglichst umfassend in die Kreislaufwirtschaft zurückzuführen und damit zur Reduzierung von Produktionsabfällen beizutragen.

Rematec hält mehrere Patente für Verfahren zur Wertstoffaufbereitung in der chemischen Industrie. Unter anderem hat das Unternehmen das Resolve-T-Verfahren entwickelt, mit dem sich organische Lösungsmittel wiedergewinnen und zugleich die Destillationsrückstände trocknen und verwerten lassen.

Die Rückgewinnung von Lösungsmitteln ist besonders wirtschaftlich interessant, da hochwertige Lösungsmittel teuer in der Anschaffung sind. Durch Destillation, Extraktion oder Membranverfahren lassen sich verbrauchte Lösungsmittel so aufbereiten, dass sie wieder die erforderliche Reinheit für den Produktionsprozess erreichen. Das spart nicht nur Rohstoffkosten, sondern reduziert auch die Abfallmenge erheblich.

Zero-Waste-Strategien in der chemischen Produktion

Zero-Waste-Strategien verfolgen das ambitionierte Ziel, Produktionsabfälle vollständig zu vermeiden oder zu verwerten. In der chemischen Industrie ist dies eine besondere Herausforderung, aber zunehmend werden Prozesse entwickelt, die diesem Ideal nahekommen.

Erfolgreiche Zero-Waste-Ansätze in der Chemie basieren auf mehreren Säulen: Zunächst die Prozessintegration, bei der Nebenprodukte eines Prozesses als Rohstoffe für einen anderen dienen. Dann die Kaskadennutzung, bei der Stoffe mehrfach auf verschiedenen Qualitätsniveaus verwendet werden, bevor sie recycelt werden. Die Symbiose zwischen Betrieben spielt ebenfalls eine Rolle, wobei Abfälle eines Unternehmens als Rohstoffe für ein anderes dienen. Schließlich ist die vollständige Kreislaufführung wichtig, bei der alle Prozesschemikalien kontinuierlich aufbereitet und wiederverwendet werden.

Ein praktisches Beispiel ist die Verwendung von Prozessabwärme zur Energiegewinnung oder die Nutzung von Reaktionsnebenprodukten als Grundstoffe für andere chemische Synthesen. Auch die Entwicklung von Katalysatoren, die sich weitgehend zurückgewinnen lassen, trägt zu Zero-Waste-Zielen bei.

Herausforderungen bei der Abfallminimierung in der Chemie

Die Abfallminimierung in der Chemie wird erschwert durch die Tatsache, dass die meisten chemischen Produkte bislang nur auf Umwegen hergestellt werden können. Den Naturgesetzen folgend, lassen sich zwei Stoffe oft nur miteinander verbinden, indem Zwischenprodukte erzeugt und anschließend über mehrere Prozessschritte in das gewünschte Endprodukt transformiert werden. Auf diesem Weg entstehen in aller Regel auch Nebenprodukte, die zunächst einmal Abfälle darstellen. Um eine ressourcenschonende chemische Produktion zu gewährleisten, gilt es, diese Stoffe durch innovative Abfallverwertung und ein gezieltes Abfallmanagement in eine Kreislaufwirtschaft einzubinden.

Eine der größten Herausforderungen beim Recycling in der chemischen Industrie besteht im Sammeln und Sortieren wiederverwertbarer Materialien und Stoffe. Ist keine sortenreine Trennung der Abfälle möglich, lässt sich eine Ressourcenrückgewinnung nur eingeschränkt realisieren. Aufschluss darüber, ob sich der Aufwand generell lohnt, kann eine Lebenszyklusanalyse liefern. Diese beschäftigt sich mit den umweltrelevanten Auswirkungen von Produkten, angefangen von der Gewinnung der Ressourcen bis hin zur Entsorgung oder Wiederverwertung. Eine solche Lebenszyklusanalyse lässt sich nicht nur als Entscheidungsgrundlage für eine neue Recyclingstrategie nutzen, sondern ermöglicht auch fundierte Entscheidungen in Bezug auf Produktgestaltung, Materialauswahl und Herstellungsprozesse.

Weitere Herausforderungen sind die hohen Investitionskosten für Recyclinganlagen, die technische Komplexität bei der Aufbereitung verunreinigter Abfallströme, die Notwendigkeit hochqualifizierter Fachkräfte für die Bedienung moderner Recyclingtechnologien und die Wirtschaftlichkeit, da Recycling teilweise teurer ist als die Neuproduktion aus Primärrohstoffen. Dennoch setzen steigende Rohstoffpreise und strengere Umweltauflagen zunehmend Anreize für innovative Abfallminimierung und Ressourcenrückgewinnung.

Zukunft der Abfallminimierung: Digitalisierung und Kreislaufchemie

Angesichts der Dringlichkeit des Klimawandels und eines wachsenden Bewusstseins für Umweltfragen werden Kreislaufchemie und Abfallminimierung einschließlich Recycling, Effizienzsteigerung und Wiederverwendung von Chemikalien in den kommenden Jahren einen zunehmend wichtigeren Stellenwert einnehmen. Zudem ist davon auszugehen, dass neue Technologien wie Digitalisierung, künstliche Intelligenz, biobasierte Chemikalien, neue Katalysatoren und Kreislaufwirtschaft vermehrt dazu beitragen werden, die Chemiebranche ressourceneffizienter zu gestalten und die Umweltbelastung der Industrie zu verringern.

Digitale Technologien ermöglichen eine präzise Überwachung von Stoffströmen in Echtzeit. Sensoren erfassen kontinuierlich Daten über Produktionsprozesse, Abfallentstehung und Recyclingpotenziale. Künstliche Intelligenz analysiert diese Daten und identifiziert Optimierungsmöglichkeiten, die mit bloßem Auge nicht erkennbar wären. Predictive Maintenance verhindert ungeplante Stillstände, die zu Ausschuss führen könnten. Digital Twins simulieren Prozessänderungen virtuell, bevor sie in der realen Produktion umgesetzt werden – so lassen sich Abfallminimierungsstrategien risikolos testen.

Biobasierte Chemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen bieten neue Möglichkeiten für geschlossene Kreisläufe. Anders als fossile Rohstoffe weisen sie je nach Zusammensetzung eine bessere Abbaubarkeit auf und lassen sich unter geeigneten Bedingungen kompostieren oder fermentieren. Neue Katalysatoren ermöglichen selektivere Reaktionen mit höheren Ausbeuten und weniger Nebenprodukten. Die Entwicklung reversibler chemischer Reaktionen erlaubt es, Produkte am Ende ihrer Lebensdauer wieder in ihre Ausgangstoffe zu zerlegen – ein echter Durchbruch für die Kreislaufwirtschaft.

Häufig gestellte Fragen zur Abfallminimierung in der Chemie

Was versteht man unter Abfallminimierung in der Chemie?
Abfallminimierung umfasst alle Maßnahmen zur Reduzierung von Produktionsabfällen durch Vermeidung, Wiederverwendung und Recycling. Ziel ist es, sowohl die Menge als auch die Gefährlichkeit chemischer Abfälle zu verringern und Ressourcen zu schonen.

Welche Arten von Chemieabfällen gibt es?
Man unterscheidet zwischen gefährlichen Abfällen (Sonderabfälle mit Stern in der AVV) wie Lösungsmitteln, Säuren, Schwermetallverbindungen und nicht gefährlichen Abfällen wie verdünnten wässrigen Lösungen oder gereinigten Verpackungen.

Wie funktioniert Ressourcenrückgewinnung in der Chemie?
Durch verschiedene Verfahren wie Destillation, Extraktion oder chemisches Recycling werden Wertstoffe aus Abfällen zurückgewonnen. Beispiele sind die Regeneration von Lösungsmitteln oder die Rückgewinnung von Metallen aus Prozessabfällen.

Welche rechtlichen Vorgaben gelten für Chemieabfälle?
Zentral sind das Kreislaufwirtschaftsgesetz, die Gefahrstoffverordnung, die Abfallverzeichnisverordnung und das Chemikaliengesetz. Für gefährliche Abfälle ist das elektronische Nachweisverfahren verpflichtend.

Was sind Zero-Waste-Strategien in der Chemie?
Zero-Waste zielt darauf ab, Produktionsabfälle vollständig zu vermeiden oder zu verwerten. Erreicht wird dies durch Prozessintegration, Kaskadennutzung, Symbiose zwischen Betrieben und vollständige Kreislaufführung von Prozesschemikalien.

Warum ist Abfallminimierung wirtschaftlich sinnvoll?
Abfallminimierung senkt Entsorgungskosten, reduziert den Rohstoffverbrauch und vermeidet Strafzahlungen bei Regelverstößen. Zugleich werden Rohstoffe geschont und die Umweltbelastung verringert.

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Gestank, Dreck, Emissionen, gefährliche Abfälle, Umweltverschmutzung, Katastrophen – in der Vergangenheit hatte die chemische Industrie nicht das beste Image. Mittlerweile ist jedoch eine Trendumkehr zu erkennen. Unter dem Schlagwort Grüne Chemie setzt die Forschung und Entwicklung in der Branche alles daran, den Umweltschutz in dieser Branche voranzutreiben. Dabei geht es nicht zuletzt darum, eine deutliche Abfallreduzierung zu erzielen und dadurch zugleich die Energieeffizienz in der Industrie zu erhöhen.

Was genau bedeutet Grüne Chemie?

Die Grüne Chemie versteht sich als ganzheitlicher Ansatz, der das Prinzip der Nachhaltigkeit in der chemischen Industrie etabliert. Das Konzept erstreckt sich vom Design neuer Stoffe, über emissionsärmere Produktionsprozesse bis hin zur Abfallreduzierung und -entsorgung. Im Kern geht es darum, die Umweltbelastung zu minimieren und zugleich die Sicherheit und die Energieeffizienz in der Industrie zu maximieren.

Der Unterschied zwischen traditioneller und Grüner Chemie besteht darin, dass bei Letzterer versucht wird, schädliche Nebenwirkungen und Abfälle von vornherein zu vermeiden, anstatt sie nachträglich zu reduzieren. Eine wichtige Rolle spielen hierbei die Biotechnologie als Schnittstelle zwischen Biologie, Technik, Ökonomie und Ökologie und die Integration von KI, beispielsweise im Forschungs- und Entwicklungssektor und zur Echtzeit-Analyse von Anlagen-, Maschinen- und Prozessdaten.

Einen Leitfaden für die aktuelle Forschung und Entwicklung in der Chemie bieten die 1998 von den Chemikern Paul T. Anastas und John C. Warner formulierten „12 Prinzipien der Grünen Chemie“. Diese Richtlinien stellen statt der Kosteneffizienz und der Wirtschaftlichkeit chemischer Prozesse die Begrenzung schädlicher Einflüsse und eine höhere Energieeffizienz in der Industrie in den Mittelpunkt.

Die 12 Prinzipien der Grünen Chemie im Überblick

Die folgenden Aspekte bilden die Grundlage für eine ressourcenschonende und sicherheitsorientierte chemische Branche im Sinne der Grünen Chemie:

Diese 12 Prinzipien der Grünen Chemie lassen sich folgenden Hauptzielen der nachhaltigen Chemie zuordnen:

Damit unterstützen die 12 Prinzipien der Grünen Chemie, wie sie die Stabsstelle Presse- und Öffentlichkeitsarbeit der HU-Berlin 2017 herausgab, unter anderem das Erreichen der UN-Nachhaltigkeitsziele, den Null-Schadstoff-Ansatz des Green Deals und die Circular Economy Strategy der EU sowie die von der Europäischen Kommission vorgeschlagene Chemikalienstrategie für Nachhaltigkeit.

Lösungsansätze zur Abfallreduzierung und zu mehr Energieeffizienz basierend auf den 12 Prinzipien der Grünen Chemie

Wie in anderen Bereichen sind auch in der nachhaltigen Chemie technische Fortschritte und Innovationen der Motor des Wandels. Unter anderem konzentriert sich die Forschung und Entwicklung in der Chemie auf die Möglichkeit der CO₂-Nutzung und sogenannte Game-Changer-Technologien wie die Biotechnologie und die Integration von KI. Zu den bislang wichtigsten Lösungsansätzen in der Industrie, die auf den 12 Prinzipien der Grünen Chemie basieren, zählen:

• das Entwickeln effizienterer Katalysatoren, welche die Reaktionen schneller und spezifischer ablaufen lassen, während die Katalyse gleichzeitig weniger Abfall erzeugt,
• das Herstellen biobasierter und biologisch abbaubarer Kunststoffe, für die erneuerbare Rohstoffe wie Pflanzen oder Mikroorganismen die Grundlage bilden,
• die Entwicklung von Lösungsmitteln, die weniger toxisch sind und biologisch abgebaut werden können,
• das Ersetzen organischer Lösungsmittel in Farben durch Alternativen auf Wasserbasis, die weniger flüchtige organische Verbindungen freisetzen,
• das Entwickeln von Technologien, die CO₂ aus Abgasen oder der Atmosphäre aufnehmen und zu nützlichen Produkten verarbeiten können,
• das Nutzen von Licht, vor allem Sonnenlicht, zur Katalyse chemischer Reaktionen (Photokatalyse), um Strom zu sparen und damit die Energieeffizienz zu erhöhen,
• die Entwicklung schadstoffärmerer Verfahren zur Herstellung von Medikamenten, um Toxizität zu verringern und zur Abfallreduzierung beizutragen,
• das Durchführen chemischer Reaktionen unter Verwendung elektrischer Energie (oft unter milderen Bedingungen und mit weniger Abfall),
• die Optimierung industrieller chemischer Prozesse zur Verringerung des Energieverbrauchs und zur Steigerung der Energieeffizienz in der Industrie,
• der Einsatz von Mikroorganismen und Enzymen in chemischen Verfahren, um effizientere und zugleich ressourcenschonende Produktionsprozesse zu ermöglichen (Biokatalyse) sowie
• das Entwickeln von Methoden zur Rückgewinnung und Wiederverwendung von Katalysatoren in chemischen Prozessen, um Ressourcen zu schonen,
• der Einsatz nachhaltiger Verpackungsmaterialien auf Basis von Recyclingmaterialien oder biologisch abbaubaren Substanzen.

Die 12 Prinzipien in der Praxis bei Kluthe

Im Zuge der Dekarbonisierung durchläuft die chemische Branche derzeit eine der größten Transformationen ihrer Geschichte. Dieser Wandel treibt nicht nur die Erforschung und Nutzbarmachung neuer biobasierter Chemikalien voran, er forciert auch das Einbinden von Recycling- und Wiederverwendungskonzepten. Einen besonderen Stellenwert bei dieser Entwicklung haben zukunftsträchtige Branchen wie die Biotechnologie und die effektive Integration von KI.

An mehreren dieser Prinzipien orientiert sich die Chemische Werke Kluthe GmbH in konkreten Bereichen: Seit vielen Jahren betreiben wir eigens gegründete Tochterunternehmen, die dafür zuständig sind, verbrauchte Produkte zurückzunehmen und aufzubereiten, um sie erneut zur Verfügung stellen zu können. Zudem tragen wir durch die Nutzung aus Waste-Oil gewonnener Hybase-Öle für Kühlschmierstoffe zur Abfallreduzierung bei und verringern damit gleichermaßen unsere Abhängigkeit von endlichen Ressourcen und unseren Energieverbrauch.

Die praktische Umsetzung zeigt sich in unserer täglichen Arbeit durch die kontinuierliche Optimierung unserer Verfahren mit dem Ziel, Abfälle zu reduzieren und Ressourcen effizienter einzusetzen. Dabei dienen die 12 Prinzipien der Grünen Chemie als fachlicher Orientierungsrahmen.

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Lösungsmittel sind für viele Bereiche der Oberflächentechnik unverzichtbar. Sie finden beim Reinigen und Entfetten Verwendung, sind aber auch in Farben, Polituren und Klebstoffen enthalten. Wegen ihres Gefährdungspotenzials für Gesundheit und Umwelt und ihrer Brand- und Explosionsgefahren ist die Lösungsmittel-Entsorgung aufwendig und teuer. Mittlerweile bietet jedoch das Solvent-Recycling, zu Deutsch: Lösemittel-Recycling, eine Alternative, die Wertstoffe zurückgewinnt und kostengünstig ist. Im Vordergrund stehen dabei Technologien wie die Pervaporation, die Fraktionierung und das Destillieren.

Lösemittel entsorgen oder recyceln?

Verbrauchte Lösemittel, Altverdünnungen und lösemittelhaltige Spülmedien zählen zu den gefährlichen Abfallstoffen. Ihre Entsorgung unterliegt strengen gesetzlichen Vorgaben und ist mit erheblichen Kosten verbunden. Ob Altverdünnung, gebrauchte Reinigungslösung oder Spülmittelreste aus der Lackierung — sie alle müssen getrennt gesammelt und als Sonderabfall behandelt werden. Doch die Entsorgung von Lösemitteln als Abfall ist in den meisten Fällen wirtschaftlich nicht sinnvoll.

Die Alternative ist das Lösemittel-Recycling. Statt Lösemittel zu entsorgen, werden die enthaltenen Wertstoffe durch geeignete Verfahren der Wertstoffaufbereitung zurückgewonnen und können erneut eingesetzt werden. Das gilt für reine Lösemittelabfälle ebenso wie für die Entsorgung von Altverdünnungen, die beim Spülen von Lackieranlagen oder bei Farbwechseln anfallen. Allein in Deutschland entstehen jährlich rund 60.000 Tonnen mit Lacken verunreinigter Lösungsmittel — ein gewaltiges Potenzial für das Solvent-Recycling.

Pervaporation: Entwässerung im Membranverfahren

Mit der Pervaporation können Lösemittelströme unabhängig von Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichten entwässert werden. Grundlage für dieses Trennprinzip ist die hohe Wasseraffinität des Membranmaterials. Die Membranoberfläche adsorbiert das Wasser, das daraufhin durch die Membran permeiert, an ihrer Unterseite verdampft und sich anschließend im Permeatkondensator wieder verflüssigt. Auf der Membranoberseite verbleibt das aufgereinigte Lösemittel (Solvent), das einer Wiederverwendung zugeführt werden kann.

Je nach Eingangsmedium und Prozessgegebenheiten lässt sich dieser Prozess mit einem dampfförmigen (Dampfpermeation) oder einem flüssigen Eingangsstrom (Pervaporation) realisieren. Beide Varianten sind sowohl im Batchbetrieb als auch im kontinuierlichen Betrieb möglich. Letzteres hat sich vor allem beim Abtrennen von Methanol oder Wasser aus Lösemittelgemischen, insbesondere beim Vorhandensein von Azeotropen, etabliert.

Dank des geringeren Energieverbrauchs gegenüber energieintensiveren Verfahren wie der Schleppmittel- oder der Druckwechseldestillation und dem Verzicht auf zusätzliche Chemikalien oder Schleppmittel arbeitet die Pervaporation energiesparend und ohne zusätzliche Chemikalien. Geht es um das Entwässern von Solvents, ist sie in vielen Fällen die einzige wirtschaftliche Lösung. Ist der Feedstrom sehr wasserhaltig oder lässt sich das Solvent gut oberhalb des azeotropen Punktes destillieren, können Kombinationen (Destillation/Membran) Verwendung finden.

Fraktionierung: Trennung von Stoffgemischen über physikalische Verfahren

In der Chemie bedeutet Fraktionieren das Auftrennen von Stoffgemischen in unterschiedliche Bestandteile. Meist findet dieser Begriff dann Verwendung, wenn ein Gemisch aus mehr als zwei Stoffen besteht, die schrittweise einzeln oder in Gruppen voneinander getrennt werden sollen. Hierfür kommen hauptsächlich physikalische Verfahren zur Anwendung, die sich natürliche Prozesse zunutze machen. Dazu zählen in erster Linie:

• der Wechsel der Aggregatzustände durch Temperaturveränderung (Destillation),
• die unterschiedliche Löslichkeit von Stoffen ineinander (z. B. Fällung, Extraktion, Absorption),
• der natürliche Ausgleich von Konzentrationsunterschieden (z. B. Osmose, Diffusion),
• die selektive Anreicherung von Stoffen an einer festen Oberfläche (Adsorption) und
• das unterschiedliche Durchdringungsvermögen von Partikeln und Molekülen durch poröse Feststoffe (z. B. Filtration, Ultrafiltration).

Häufig erfolgt die Fraktionierung durch die aufeinanderfolgende Anwendung verschiedener Trennverfahren. Aus jedem Schritt resultieren zwei neue Fraktionen, die entweder Endprodukte darstellen oder weiteren Aufbereitungsmaßnahmen unterzogen werden.

Beim Solvent-Recycling kommt häufig die fraktionierte Destillation zur Anwendung, welche die unterschiedlichen Dampfdrücke der Flüssigkeiten ausnutzt. Das Lösemittel wird in einen Röhrenofen geleitet und dort erhitzt. Der Dampf gelangt in den Destillationsturm, in dem sich mehrere sogenannte Glockenböden befinden. Die Gase der am schwersten siedenden Flüssigkeiten kondensieren am heißen Boden, während die der am leichtesten siedenden bis ganz nach oben steigen. Von den einzelnen Böden können die abgetrennten flüssigen Fraktionen über Rohrleitungen abgezogen werden. Das fraktionierte Destillationsverfahren bietet den Vorteil, dass sich ein Solvent innerhalb nur eines Arbeitsschrittes in mehrere Fraktionen aufteilen lässt.

Destillieren: Stofftrennung anhand unterschiedlicher Siedetemperaturen

Mithilfe der einfachen Destillation ist es möglich, Stoffe mit unterschiedlichen Siedetemperaturen durch Erhitzen und anschließendes Kondensieren voneinander zu trennen. Bei Flüssigkeitsgemischen ergibt sich jedoch das Problem, dass sich die Bestandteile auf einen gemeinsamen Siedepunkt „einigen“, der etwa in der Mitte der eigentlichen Siedepunkte liegt. Somit enthält das Endprodukt letztlich immer auch Anteile der schwerer siedenden Komponente, ist also niemals rein.

Über einstufige Destillationsverfahren, wie sie in kleinen, an innerbetrieblichen Abwasserbehandlungen angeschlossenen Vakuumdestillationsanlagen stattfinden, lässt sich eine vollständige Lösungsmittelrückgewinnung nicht realisieren. Sie können jedoch zur Nachhaltigkeit beitragen, indem sie Brauchwasser bereitstellen und die Reststoffmengen reduzieren. Das eigentliche Solvent-Recycling erledigen dann am besten darauf spezialisierte Firmen, die das Equipment für eine fraktionierte Destillation und weitere Recyclingverfahren besitzen. In eine eigene Rückgewinnungsanlage zu investieren, lohnt sich nur für Unternehmen, bei denen große Durchsatzmengen den Aufwand rechtfertigen.

Lösungsmittel-Recycling bei Kluthe: Verfahren und Anwendungsbereiche

Galten verbrauchte Solvents früher als Abfall, werden sie heute dem Recycling zugeführt und wieder nutzbar gemacht. Diese Vorgehensweise hilft, die Abfallmenge zu minimieren, und spart zugleich die Kosten für die Entsorgung. Die Chemische Werke Kluthe GmbH gehört zu den Unternehmen, die ihre Kunden aktiv beim Solvent-Recycling unterstützen. Das beginnt bereits damit, dass die Firma Behältersysteme zum getrennten Sammeln der Rückstände wasserbasierter und lösemittelhaltiger Farben und Lacke sowie von Verdünnern zur Verfügung stellt. Mit kreislauffähigen Spülmedien wie CYCLOSOL bietet Kluthe darüber hinaus Produkte an, die von vornherein auf das Recycling ausgelegt sind.

Die Gebinde werden durch die betriebseigene Spedition Eberhard abgeholt und zum Recycling zur Kluthe-Tochter Rematec GmbH transportiert. Diese betreibt Großanlagen in Heidelberg (Baden-Württemberg) und in Mügeln (Sachsen), in denen sich unter anderem Lösemittel rückgewinnen lassen. Dabei kommen zur Lösungsmittelrückgewinnung folgende Verfahren zur Anwendung:

Reinigung und Fraktionierung

Das Reinigen von Lösungsmitteln beinhaltet das Trennen fester und flüssiger Stoffe, dem im nächsten Schritt eine Fraktionierung zur Trennung der Lösemittel folgen kann.

Resolve-T-Verfahren

Dieses Verfahren kombiniert das Destillieren mit Feststoffen stark belasteter Lösemittel mit der anschließenden Trocknung des verbleibenden Feststoffs. Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil, dass eine vollständige Rückgewinnung von organischen Lösungsmitteln ohne das Entstehen von Crack-Produkten möglich ist, welche die gewonnenen Destillate farblich und/oder geruchlich beeinträchtigen könnten. Entwickelt wurde Resolve-T zur Aufbereitung lösemittelhaltiger Schlämme, die beispielsweise beim Lackieren anfallen.

Isodry-Verfahren

Hiermit werden wässrige und lösemittelhaltige Altlacke, Altfarben und Lackkoagulate aufbereitet, die neben Lösemitteln auch Wasser beinhalten. Im ersten Schritt werden die Stoffgemische durch Zugabe hydrophiler Zuschlagstoffe konditioniert und anschließend die flüchtigen Bestandteile in speziellen Trocknungsanlagen in Form von Wasser und Lösemitteln abdestilliert. Die drei Fraktionen (Lösungsmittel, Wasser, Trockengut) gelangen statt zur Entsorgung zurück in den Wirtschaftskreislauf.

Hydrosolve-Verfahren

Diese Recycling-Methode dient der Aufbereitung von Hydrospülern, die beim Lackieren mit wasserbasierenden Systemen anfallen. Zunächst werden Lackpartikel und flüssige Komponenten mithilfe von Spezialchemikalien getrennt. Die gefilterten Lackpartikel werden im Isodry-Verfahren weiterverarbeitet, während das zurückgewonnene Wasser-Lösungsmittel-Gemisch als Ausgangsstoff für Produkte zur Oberflächenbehandlung dient.

Fazit: Solvent-Recycling statt Entsorgung bietet vielfältige Vorteile

Die Lösemittelrückgewinnung hilft, Rohstoffe wiederzugewinnen und CO₂ einzusparen. Gleichzeitig lassen sich durch das Solvent-Recycling lange Rohstoff-Transportwege vermeiden und der Energieeinsatz im Vergleich zur Erzeugung von Frischware verringern. Die Lösemittelrückgewinnung hat nicht nur Vorteile für die Umwelt, sondern auch wirtschaftliche. Verbrauchte Lösemittel stellen in aller Regel einen Wert dar, der die Kosten für das Solvent-Recycling rechtfertigt und eine Lösemittel-Entsorgung ad absurdum führt.

Wie oft Lösemittel wiederverwendet werden können, hängt von der Abfall- bzw. Recyclatqualität, von ihrem Einsatzzweck und von der verwendeten Anlagentechnik ab. Theoretisch ist eine unbegrenzte Wiederverwertung möglich, wobei Ausbeuteverluste durch Frischwaren oder andere Regenerate aufgefüllt werden müssen. Ob Altverdünnung, Spülmittelreste oder gebrauchte Reinigungslösung — das Lösemittel-Recycling ist der Entsorgung in nahezu jedem Fall vorzuziehen. Sicher ist, dass das Solvent-Recycling in Zukunft gegenüber der Lösungsmittel-Entsorgung weiter an Bedeutung gewinnen wird, sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus Umweltgründen.

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