Grüne Chemie und ihre nahe Verwandte, die nachhaltige Chemie, sind Konzepte und Praktiken, die keine Gegner zu haben scheinen, weder in der Industrie noch unter Umwelt- und Gesundheitsschutzgruppen und auch nicht in den Bundes- und Landesregierungen. Doch obwohl sich niemand öffentlich gegen diese Art von Chemie auszusprechen scheint, vollzieht sich ihre Integration in das verarbeitende Gewerbe und die chemische Produktion nur langsam.
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Die Gründe dafür sind vielfältig und beginnen mit dem Mangel an Definitionen der beiden Begriffe, auf die sich die Beteiligten einigen können. Andere Hindernisse sind wirtschaftlicher Art – es kostet Geld, Inhaltsstoffe und Verfahren zu ändern, um einen Wechsel von der konventionellen Chemie zu grünen und nachhaltigen Chemikalien zu ermöglichen; die Akzeptanz durch die Öffentlichkeit und andere Käufer von Chemikalien und Produkten, die skeptisch sind, ob sie die von ihnen geforderte Leistung erhalten; und die Regierung – eine offensichtliche Zurückhaltung der Bundesregierung, bei der Koordinierung und Finanzierung von Innovationen und der Festlegung von Standards zu helfen, die der grünen und nachhaltigen Chemie eine solide Grundlage geben würden, auf der sie wachsen kann.
Diese und ähnliche Fragen wurden bei einer Anhörung des Unterausschusses für Forschung und Technologie des Repräsentantenhauses am 25. Juli 2019 erörtert. Zeugen wurden aufgerufen, ihre Erfahrungen mit grüner und nachhaltiger Chemie und dem Sustainable Chemistry Research and Development Act (H.R. 2051) zu erörtern, einem im April 2019 eingebrachten überparteilichen Gesetzentwurf, der das übergeordnete Ziel verfolgt, „Bundesforschungs-, Entwicklungs-, Demonstrations-, Technologietransfer-, Kommerzialisierungs-, Bildungs- und Ausbildungsanstrengungen im Bereich der nachhaltigen Chemie zu koordinieren und zu unterstützen, einschließlich der Haushaltskoordinierung und der Unterstützung für öffentlich-private Partnerschaften….“. Der Gesetzentwurf enthält keine regulatorischen Komponenten und genehmigt keine neuen Ausgaben.
Die chemische Industrie der USA
Die heimische chemische Industrie spielt eine bedeutende Rolle im amerikanischen Lebensstil. Nach Angaben des American Chemistry Council trug die chemische Industrie im Jahr 2016 fast 26 Prozent zum Bruttoinlandsprodukt der USA bei. Darüber hinaus schätzt das Bureau of Labor Statistics, dass die chemische Fertigungsindustrie im Juni 2019 mehr als 858.000 Menschen beschäftigte, und das Handelsministerium schätzt, dass der Sektor weitere 2,7 Millionen indirekte Arbeitsplätze über die Zulieferer der Industrie schuf. Die International Trade Administration des Handelsministeriums bezeichnet die chemische Industrie als eine der größten verarbeitenden Industrien in den Vereinigten Staaten, mit mehr als 10.000 Unternehmen, die mehr als 70.000 Produkte herstellen.
Diese Zahlen deuten darauf hin, dass jede wesentliche Umstellung auf grüne und nachhaltige Chemie einen tiefgreifenden Einfluss auf das Chemiegeschäft, die Beschäftigung, die Umwelt und möglicherweise die menschliche Gesundheit haben kann.
Grundsätze
Das Konzept der grünen Chemie gibt es mindestens seit den frühen 1990er Jahren, als Paul Anastas, PhD, damals Chemiker bei der EPA, den Begriff prägte. Laut Anastas besteht das übergeordnete Ziel der grünen Chemie in der „Entwicklung von chemischen Produkten und Prozessen, die die Verwendung und Erzeugung gefährlicher Stoffe reduzieren oder ganz vermeiden“. Später arbeitete Anastas zusammen mit John C. Warner, einem Zeugen bei der Anhörung, an der Aufstellung von 12 Grundsätzen der grünen Chemie. Die vollständige Liste der Grundsätze ist in Warners Aussage enthalten; die Grundsätze umfassen:
- Vermeidung. Es ist besser, Abfall zu vermeiden, als ihn zu behandeln oder zu reinigen, nachdem er entstanden ist.
- Weniger gefährliche chemische Synthese. Wann immer es möglich ist, sollten synthetische Verfahren so gestaltet werden, dass Stoffe verwendet und erzeugt werden, die für die menschliche Gesundheit und die Umwelt wenig oder gar nicht giftig sind.
- Entwicklung sichererer Chemikalien. Chemische Produkte sollten so konzipiert werden, dass die Wirksamkeit der Funktion erhalten bleibt und gleichzeitig die Toxizität verringert wird.
- Sicherere Lösungsmittel und Hilfsstoffe. Die Verwendung von Hilfsstoffen (Lösungsmittel, Trennmittel usw.) sollte, wann immer möglich, überflüssig gemacht werden und, wenn sie verwendet werden, unschädlich sein.
- Design for energy efficiency. Der Energiebedarf sollte aufgrund seiner ökologischen und ökonomischen Auswirkungen erkannt und minimiert werden. Synthetische Verfahren sollten bei Umgebungstemperatur und -druck durchgeführt werden.
- Verwendung von erneuerbaren Rohstoffen. Ein Roh- oder Ausgangsmaterial sollte erneuerbar und nicht erschöpfbar sein, wann immer dies technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.
Das Konzept der nachhaltigen Chemie ist eine neuere Entwicklung und umfasst ein breiteres Feld. Warner, der das Warner Babcock Institute for Green Chemistry leitet, macht folgende Unterscheidung:
„Nachhaltige Chemie ist ein umfassendes Konzept, das sich mit vielen Aspekten der chemischen Versorgungskette befasst, einschließlich Verbesserungen bei der Herstellung, Sanierungstechnologien, Expositionskontrolle und Recyclingtechnologien. Die grüne Chemie konzentriert sich speziell auf den Erfindungsprozess, um die Verwendung und Erzeugung von gefährlichen Stoffen zu reduzieren oder von vornherein zu vermeiden. Man kann es auch so sehen: Nachhaltige Chemie konzentriert sich darauf, was eine Technologie tut, grüne Chemie konzentriert sich darauf, was eine Technologie ist. Die grüne Chemie befasst sich mit den Lösemitteln, den Katalysatoren, der Toxizität, der Erneuerbarkeit und der biologischen Abbaubarkeit.“
Die Bedeutung von Definitionen
In einem Bericht mit dem Titel „Chemical Innovation“ aus dem Jahr 2008 stellte das U.S. Government Accountability Office (GAO) fest, dass das, was in der grünen und nachhaltigen Chemie tatsächlich erreicht wird, und der Weg zu einer größeren Rolle dieser Wissenschaften davon abhängt, dass sich alle Beteiligten auf dieselben Definitionen einigen. Bei der Anhörung vor dem Repräsentantenhaus sagte Timothy M. Persons, ein leitender Wissenschaftler des GAO, dass das GAO bei seinen Recherchen für den Bericht festgestellt hat, dass die Interessengruppen unterschiedliche Definitionen für nachhaltige Chemie haben, wie sie Nachhaltigkeit bewerten und welche Umwelt- und Gesundheitsfaktoren sie für am wichtigsten halten.
„Ohne eine Standarddefinition, die das gesamte Spektrum der Aktivitäten innerhalb der nachhaltigen Chemie erfasst, ist es schwierig, das Universum der relevanten Akteure zu definieren“, sagte Persons. „Ohne eine Einigung darüber, wie die Nachhaltigkeit chemischer Prozesse und Produkte zu messen ist, zögern Unternehmen möglicherweise, in Innovationen zu investieren, die sie nicht effektiv quantifizieren können, und Endverbraucher sind nicht in der Lage, aussagekräftige Vergleiche anzustellen, die es ihnen ermöglichen, geeignete chemische Produkte und Prozesse auszuwählen.“
Persons fügte hinzu, dass es derzeit keinen Mechanismus zur Koordinierung eines standardisierten Satzes von Nachhaltigkeitsfaktoren über die verschiedenen Interessengruppen hinweg gibt, obwohl einige spezifische Sektoren dazu motiviert sind.
„Obwohl die Bundesregierung mit den Interessengruppen durch ihre Forschungsunterstützung, technische Hilfe, Zertifizierungsprogramme und andere Bemühungen zusammengearbeitet hat, gibt es immer noch Lücken im Verständnis“, sagte Persons. „Viele Stakeholder sagten uns, dass sie ohne grundlegende Informationen wie einen standardisierten Ansatz für die Bewertung der Nachhaltigkeit chemischer Prozesse und Produkte, bessere Informationen über den Produktinhalt in der gesamten Lieferkette und vollständigere Daten über die Gesundheits- und Umweltauswirkungen von Chemikalien während ihres gesamten Lebenszyklus keine fundierten Entscheidungen treffen können, um die Nachhaltigkeit verschiedener Produkte zu vergleichen.“
Eine umfassendere Definition von nachhaltiger Chemie
Die entscheidende Rolle klarer Definitionen wurde auch von Julie Beth Zimmerman, der stellvertretenden Direktorin des Zentrums für grüne Chemie und grünes Engineering an der Yale University, angesprochen. Wie Persons und das GAO wünscht sich auch Zimmerman einen klaren Weg, auf den sich alle Beteiligten einigen können.
„Vage, nebulöse und zahlreiche Definitionen eines einzelnen Konzepts sind kontraproduktiv, wenn es darum geht, die Art von Ausrichtung und Fokus zu erreichen, die das neue Konzept anstrebt“, so Zimmerman. „Mit anderen Worten, wenn die Menschen sich nicht im Klaren darüber sind, was nachhaltige Chemie überhaupt ist, ist es schwer vorstellbar, dass aus dieser Verwirrung ein klarer Weg zu ihrer Verwirklichung entsteht.“
Eine Folge des Fehlens akzeptierter Definitionen ist, dass Arbeit, die weder grün noch nachhaltig ist, von denjenigen, die sie ausführen, als solche identifiziert wird.
„Wenn der Begriff der nachhaltigen Chemie so weit gefasst wird, dass er alle Arbeiten im Zusammenhang mit Chemikalien, Gesundheit und Umwelt einschließt, dann führt dies zu einer bedeutungslosen Ansammlung disparater und unzusammenhängender Arbeiten, von denen viele nicht den Zielen und der Definition der grünen Chemie entsprechen“, so Zimmerman.
Zimmerman ist auch besorgt darüber, dass es einen Trend geben könnte, der sich auf die Nachhaltigkeit in der Chemie konzentriert, ohne dass die grüne Chemie ausreichend einbezogen wird. Der folgende Kommentar von Zimmerman deutet darauf hin, warum es so schwierig sein könnte, zu einer allgemeingültigen Definition zu gelangen:
„Wenn, wie einige vorgeschlagen haben, nachhaltige Chemie lediglich bedeutet, dass die Chemie zur Lösung von Nachhaltigkeitsproblemen eingesetzt wird, wie sie in den Zielen für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen angesprochen werden (z. B. Klimawandel, Energieerzeugung, Wasseraufbereitung, Nahrungsmittelproduktion oder Herstellung von Arzneimitteln), dann würde dies unabhängig von der Einhaltung der Grundsätze der grünen Chemie ein hohes Potenzial für tragische unbeabsichtigte Folgen beinhalten. Diese werden manchmal als „die richtigen Dinge falsch machen“ bezeichnet. Daher muss jedes Konstrukt einer wirklich nachhaltigen Chemie anerkennen, dass die Grüne Chemie das Herzstück, die Seele, das zentrale und wesentliche Element sein muss und dass das Denken auf Systemebene und Lebenszyklusanalysen für die anstehenden Aufgaben unerlässlich sind. Da wir jedoch erkennen, dass zu einer nachhaltigen Welt mehr gehört als nur Chemie, müssen wir auch erkennen, dass es neben der Grünen Chemie noch viele weitere Aspekte der nachhaltigen Chemie gibt und geben sollte. Diese Aspekte sollten die Durchführung und Wirkung der Chemie der Nachhaltigkeit ermöglichen und stärken. Dies erfordert ein Ökosystem aus Wirtschaft, Politik, interdisziplinärem Engagement, Gleichberechtigung, Bildung, Regulierung, Metriken und Bewusstsein.“
Gesetzentwurf würde Koordination auf Bundesebene initiieren
Wie bereits erwähnt, besteht das Hauptziel von H.R. 2051 darin, sicherzustellen, dass Bundesbehörden bei der Unterstützung der nachhaltigen Chemie zusammenarbeiten und sich abstimmen. Der Gesetzentwurf sieht die Einrichtung einer nationalen Koordinierungsstelle für nachhaltige Chemie vor. Die Einrichtung würde „Fachexperten“ des EPA, des National Institute of Standards and Technology, der National Science Foundation, des Energieministeriums, des Landwirtschaftsministeriums, des Verteidigungsministeriums, der National Institutes of Health, der Centers for Disease Control and Prevention, der Food and Drug Administration und anderer geeigneter Behörden umfassen. Spätestens zwei Jahre nach ihrer Gründung soll die Entität einen Arbeitsrahmen erstellen, der einen Benchmark für nachhaltige Chemie enthält, an dem der Fortschritt gemessen werden kann, sowie Methoden, mit denen die Bundesbehörden Anreize für die Entwicklung und den Einsatz nachhaltiger Chemieprozesse und -produkte schaffen können, einschließlich innovativer Finanzierungsmechanismen.
Die Verfasser des Gesetzentwurfs haben auch einen Abschnitt vorgesehen, der zumindest einige der Differenzen in Bezug auf die Definitionen ausräumen soll, die im Gesetzentwurf als Charakterisierung der Eigenschaften nachhaltiger Chemie beschrieben werden. Um diese Attribute besser zu verstehen, müsste die Entität:
- bestehende Definitionen oder Rahmen zur Charakterisierung von nachhaltiger oder grüner Chemie berücksichtigen, die bereits von Bundesbehörden verwendet werden.
- bestehende Definitionen oder Rahmen zur Charakterisierung von nachhaltiger oder grüner Chemie berücksichtigen, die bereits von internationalen Organisationen verwendet werden, bei denen die Vereinigten Staaten Mitglied sind, wie zum Beispiel der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung.
- Berücksichtigen Sie alle anderen geeigneten Definitionen oder Rahmenwerke, die eine nachhaltige oder grüne Chemie charakterisieren.
Zeugen bei der Anhörung äußerten ihre Unterstützung für H.R. 2051, wobei Vertreter des American Chemistry Council (ACC) und der BASF Corporation besonders enthusiastisch waren.
„Wir begrüßen und unterstützen die Einrichtung einer behördenübergreifenden Arbeitsgruppe für nachhaltige Chemie zur Förderung und Koordinierung von Bundesaktivitäten in den Bereichen Forschung, Entwicklung, Bildung und Ausbildung im Bereich nachhaltige Chemie“, sagte Anne Womack Kolton vom ACC. „Diese Gesetzgebung wird eine Schlüsselrolle bei der Unterstützung und Ermöglichung von Technologien und Werkzeugen spielen, die dazu beitragen können, die Innovationen im Bereich der nachhaltigen Chemie, die unsere Mitglieder entwickeln, voranzutreiben.