Energieeffizienz in der Industrie

Grüne Chemie liefert innovative Ansätze zur Abfallreduzierung

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 Chemie 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 umweltschonende 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 1991 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 zwölf Prinzipien der Grünen Chemie im Überblick

Die folgenden Aspekte bilden die Grundlage für eine nachhaltige, verantwortungsbewusste chemische Industrie im Sinne der Grünen Chemie:

1. Abfallvermeidung: Abfälle gar nicht erst entstehen zu lassen, statt sie nachträglich durch Verarbeitung oder Reinigung zu verringern, senkt den Energieverbrauch und steigert die Energieeffizienz in der Industrie.
2. Vermeiden von Nebenprodukten (Atomökonomie): Synthetische Verfahren sollten so konzipiert sein, dass sich ein möglichst großer Anteil der eingesetzten Rohstoffe im Endprodukt wiederfindet. Das bedeutet zugleich weniger Abfälle.
3. Abkehr von schädlichen chemischen Synthesen: Synthetische Verfahren sollten so ablaufen, dass ausschließlich Stoffe mit gar keiner oder geringer Toxizität oder Umweltgefährlichkeit genutzt und/oder produziert werden.
4. Designen sichererer Chemikalien: Chemische Produkte sollten so gestaltet sein, dass sie ihren Zweck ohne toxische Nebenwirkungen erfüllen.
5. Verwenden sicherer Lösemittel und Hilfsstoffe: Der Einsatz von Lösungsmitteln und Hilfsstoffen sollte vermieden werden. Ist das nicht möglich, sollten die verwendeten Substanzen unschädlich sein.
   
6. Energieeffizienz in der Industrie: Aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Umwelt und die Wirtschaft sollten die Energieanforderungen möglichst geringgehalten werden. Für maximale Energieeffizienz sollten synthetische Verfahren bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck ablaufen.
7. Nutzung nachwachsender Ressourcen: Sofern technisch und wirtschaftlich realisierbar, sollten erneuerbare Rohstoffe anderen Substanzen vorgezogen werden.
8. Minimierung von Derivaten: Unnötige Derivatisierung (Verwenden von Sperrgruppen, Schützen/Entschützen, temporäre Modifikation physikalischer/chemischer Prozesse) sollte weitestmöglich vermieden werden. Damit verringert sich der Bedarf an zusätzlichen Ressourcen und es fallen weniger Abfälle an.
9. Katalyse: Katalytische Reagenzien sind stöchiometrischen überlegen und daher vorzuziehen.
10. biologische Abbaubarkeit: Chemische Produkte sollten so konzipiert sein, dass sie nach Nutzungsende nicht in der Umwelt bestehen bleiben, sondern zu harmlosen Abbauprodukten zerfallen.
11. Echtzeit-Analysen zur Vermeidung von Kontaminationen: Die Prozessanalytik sollte so weiterentwickelt werden, dass sich die Bildung gefährlicher Substanzen durch eine uneingeschränkte Prozessüberwachung und -kontrolle verhindern lässt.
12. sichere Chemie zur Unfallvermeidung: Chemische Stoffe und ihre Form sind so auszuwählen, dass Unfallrisiken wie Freisetzungen, Brände und Explosionen auf ein absolutes Minimum reduziert oder komplett eliminiert werden.

Diese zwölf Prinzipien lassen sich folgenden Hauptzielen der nachhaltigen Chemie zuordnen:

• Umstieg auf erneuerbare Rohstoffe
• Abfallvermeidung und Abfallreduzierung
• höhere Energieeffizienz in der Industrie
• geringeres Gefährdungspotenzial durch umweltschonende Produktionsprozesse
• sichere, kontrollierte Verfahren

Damit unterstützt die Grüne Chemie 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

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 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 umweltfreundlicherer Lösungsmittel, 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 umweltfreundlicher 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 umweltschonende 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.

Grüne Chemie bei Kluthe: unser Beitrag für weniger Abfall und mehr Energieeffizienz in der Industrie

Auf dem Weg zur Klimaneutralität durchläuft die chemische Industrie 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.

Für die Chemische Werke Kluthe GmbH sind die Prinzipien der Grünen Chemie einschließlich Abfallreduzierung und Erhöhung der Energieeffizienz in der Industrie kein Neuland. Seit vielen Jahren betreiben wir eigens gegründete Tochterunternehmen, die dafür zuständig sind, verbrauchte Produkte zurückzunehmen und aufzubereiten, um sie der Industrie 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.