James H.Clarka
a Green Chemistry Centre of Excellence, Department of Chemistry, University of York, York, YO10 5DD, UK. E-Mail: [email protected]

Die Grundlagen der Grünen Chemie, einschließlich ihrer Beziehung zur Nachhaltigkeit, werden erörtert. Es wird auch erörtert, warum wir eine grüne Chemie brauchen und wie sie zustande kommt. Schließlich werden wir uns ansehen, was in der Welt der Grünen Chemie in Bezug auf Initiativen, wichtige Aktivitäten und Erfolgsgeschichten geschieht und wie sie die Ausbildung beeinflusst.

1.1 Was ist Grüne Chemie?

“Grüne Chemie”, “Green Engineering” und “Nachhaltigkeit” werden oft synonym verwendet, um das Konzept der Herstellung von Prozessen und Produkten zu beschreiben, die die Umwelt weniger belasten und (idealerweise) auf erneuerbaren Ressourcen beruhen. Bei näherer Betrachtung dieser Konzepte wird jedoch deutlich, dass es erhebliche Unterschiede in ihrer Philosophie gibt, was sich auf die Anwendbarkeit der Methoden und Techniken bei der Entwicklung einer umweltgerechten Gesellschaft auswirkt.

Grüne Chemie wird recht gut durch die zwölf Prinzipien von Anastas und Warner definiert.1 Diese Prinzipien konzentrieren sich hauptsächlich darauf, wie man chemische Reaktionen durchführen und chemische Produkte herstellen sollte, und beschreiben die Synthese von Chemikalien auf eine umweltfreundliche Weise. Spezifische Ideen wie die Verwendung unschädlicher Hilfsstoffe, einschließlich Lösungsmittel, für Reaktionen und Trennungen, die Verringerung der Anzahl der Schritte und das Konzept der Atomökonomie, d. h. die Einbeziehung aller Rohstoffe in das Produkt, sind Schwerpunkte der Grünen Chemie. Die 12 Grundsätze wurden vor 20 Jahren verfasst und spiegeln die moderne Denkweise nicht vollständig wider. Zusätzliche Themen wie Toxikologie und biologische Abbaubarkeit spielen heute eine wichtige Rolle in der Grünen Chemie, da die Produktsicherheit und die erneuerbaren Ressourcen stärker in den Vordergrund rücken. In vielerlei Hinsicht kann die Grüne Chemie als wissenschaftliche Grundlage für eine umweltfreundliche Produktion angesehen werden.

Green Engineering hingegen ist die Entwicklung, Vermarktung und Nutzung von Verfahren und Produkten, die machbar und wirtschaftlich sind und gleichzeitig die Umweltverschmutzung an der Quelle sowie die Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt minimieren.2 Der Green Engineer nutzt die Instrumente des Recyclings, der Prozessintensivierung und der Designoptimierung, um die Effizienz eines Prozesses zu maximieren und die Umweltbelastung zu verringern. Green Engineering bewertet den Herstellungsprozess als System und versucht, sein Design zu optimieren, und bezieht im wahrsten Sinne des Wortes die Konzepte der Lebenszyklusanalyse und der Umweltökonomie in eine angemessene Bewertung der gesamten Umweltauswirkungen ein. Green Engineering erfordert die Entwicklung einer Reihe von Metriken, die die Umweltparameter, die wir kontrollieren wollen, angemessen bewerten.

Nachhaltiges Design ist sogar noch breiter angelegt und versucht, die Beziehungen zwischen dem Fertigungssystem und dem Ökosystem zu verstehen. Nachhaltigkeit konzentriert sich auf das dreifache Ergebnis: die Integration von ökologischer Integrität, gesellschaftlicher Verantwortung und wirtschaftlicher Lebensfähigkeit. Die Nachhaltigkeit verfolgt einen umfassenden Systemansatz, der den Planeten als das interessierende System betrachtet, aber um das Design auf dieser Ebene zu optimieren, sind neue Methoden zur Messung der Auswirkungen des Menschen auf die Umwelt erforderlich.

Die chemische und verwandte Industrie steht heute vor einer so großen Herausforderung wie nie zuvor. Das 20. Jahrhundert brachte ein enormes Wachstum in der chemischen Industrie mit sich, doch dieses Wachstum hatte seinen Preis. Ineffiziente Prozesse, die zu inakzeptablen Verschmutzungen führten, gefährliche Arbeitsabläufe, die zu einer Reihe von Katastrophen führten, und mangelndes Wissen über die Human- und Umwelttoxizität der meisten weit verbreiteten Chemikalien führten zu einem exponentiellen Anstieg der Chemikaliengesetzgebung. Die Industrie muss nun unter den strengsten rechtlichen Rahmenbedingungen eine umwelt- und sozialverträgliche sowie wirtschaftlich tragfähige Produktion erreichen. Die jüngste Chemikaliengesetzgebung, wie z. B. REACH, führt zu großen Veränderungen in der Lieferkette für chemische Produkte.3 Dennoch muss dies in einer Weise geschehen, die den Anforderungen einer wachsenden Bevölkerung gerecht wird. Eine nachhaltige chemische Produktion kann nur durch eine Neubewertung des gesamten Lebenszyklus chemischer Produkte erreicht werden, von den Ressourcen über die Herstellung und Produktion bis hin zur Produktnutzung und dem endgültigen Verbleib (Abbildung 1.1).

1.2 Triebkräfte des Wandels

1.2.1 Gesetzgebung

Der Druck auf die chemische Produktion, insbesondere durch den Gesetzgeber, aber auch durch die Kunden, hält an und führt im Allgemeinen zu einer saubereren und sichereren Produktion. Die Wahrscheinlichkeit einer weiteren Katastrophe wie in Bhopal ist zumindest in den meisten Regionen der Welt geringer (z. B. aufgrund von Strafen und Beschränkungen für die Lagerung gefährlicher Stoffe), obwohl es immer noch eine beträchtliche Anzahl von Betrieben in Regionen mit weniger Kontrolle und daher höherem Risiko gibt.4 Die Kontrolle der Umweltverschmutzung und die strengen Strafen, die verhängt werden können, haben an den meisten Standorten von erheblichen Emissionen aus den Betrieben abgehalten.

REACH ist die am meisten diskutierte Rechtsvorschrift, die sich auf chemische Produkte auswirkt.3 Diese und andere Rechtsvorschriften für Chemikalien wirken sich direkt auf die Herstellung von Chemikalien und verwandten Erzeugnissen aus, indem sie die Verfügbarkeit einer zunehmenden Zahl gängiger Chemikalien einschränken. Während sehr gefährliche Stoffe wie organisches Quecksilber und Bleiverbindungen schon seit vielen Jahren einer strengen Prüfung unterzogen werden, können die neuen Beschränkungen für die Verwendung anderer Stoffe wie Chromate und Kobaltverbindungen erhebliche Auswirkungen auf einige industrielle Chemikalien, einschließlich Oxidationen, haben. Während die REACH-Verordnung nur langsam vorankommt (es wird noch zehn Jahre dauern, bis alle Chemikalien, die unter die REACH-Verordnung fallen, getestet worden sind), sind bereits inoffizielle Listen von Ersatzstoffen erschienen. Die wohl bekannteste dieser Listen ist die so genannte SIN-Liste (“substitute it now”).5 Auf dieser Liste stehen mehrere hundert Chemikalien, und sie beeinflusst einige Endverbraucher, die nicht wollen, dass ihre Produkte Chemikalien enthalten, die auf solchen öffentlich zugänglichen “roten Listen” stehen.

Die größte Auswirkung wird vielleicht die Verwendung von Lösungsmitteln haben, da viele der gebräuchlichsten organischen Lösungsmittel von REACH bedroht sind: Dazu gehören N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Dimethylformamid (DMF) und Dimethylacetamid (DMAc).6 (Weitere Informationen zu Leitfäden für die Substitution von Lösungsmitteln finden Sie in Kapitel 2, “Tools for Facilitating more Sustainable Medicinal Chemistry”, von Helen Sneddon und in Kapitel 3 von James Sherwood über die Auswahl erneuerbarer Lösungsmittel). Die Elektronikindustrie ist auch Gegenstand von Chemikaliengesetzen, die darauf abzielen, besonders gefährliche Stoffe zu ersetzen. RoHS (Restriction on Hazardous Substances – Beschränkung gefährlicher Stoffe) zielt auf bestimmte Chemikalien ab, darunter Blei, Quecksilber, Kadmiumchromate und polybromierte Flammschutzmittel.7

1.2.2 Elementare Nachhaltigkeit

Stoffe können nicht nur aufgrund von Gesetzesänderungen eingeschränkt werden oder nicht mehr verfügbar sein, sondern auch aufgrund von Versorgungsproblemen gefährdet sein. Zu den Elementen, die von der chemischen Industrie sowohl in den Herstellungsschritten (z. B. als Katalysatoren) als auch in den Produkten selbst verwendet werden, gehören halogenorganische Verbindungen und zahlreiche organische Verbindungen, die Heteroatome enthalten, wie Phosphor, Schwefel und Bor. Diese werden aus neuen Erzen und anderen natürlichen Quellen gewonnen, die wie Erdöl endlich sind und einen hohen Energieaufwand erfordern. Während erneuerbarer Kohlenstoff in den letzten zehn Jahren ein heißes Thema war (siehe nächster Abschnitt), hat sich die Aufmerksamkeit erst in den letzten Jahren auf andere kritische Elemente wie Phosphor und viele Metalle ausgeweitet (siehe Kapitel 5 über elementare Nachhaltigkeit von Andrew Hunt). Einige der bedenklichen Elemente sind in Tabelle 1.1 aufgeführt. Viele Elemente gelten heute als bedroht, was die prognostizierten Verbrauchsraten und die bekannten Reserven angeht.8

Einige können innerhalb von 10 Jahren ausgehen (z.z. B. Indium und Germanium). Es werden zwar neue Vorkommen entdeckt, doch sind diese wie beim Erdöl oft von relativ schlechter Qualität und mit hohen wirtschaftlichen und ökologischen Kosten verbunden. Es ist eine Ironie des Schicksals, dass einige Engpässe (z. B. bei Lithium und einigen Seltenen Erden) eine Folge des zunehmenden Einsatzes von kohlenstoffarmen Technologien sind. Während wir sicherlich kohlenstoffarme Technologien brauchen, müssen wir diese mit offenen Augen für alle Folgeprobleme einführen, wie z.B. den hohen Verbrauch anderer kritischer Elemente.9

Eine Möglichkeit, wie Forscher auf die Kritikalität einiger Elemente reagieren, ist die intelligentere Nutzung dieser Elemente, d.h. besseres Katalysatordesign und Recycling (in Kapitel 11 erörtert) und die Entwicklung von Katalysatoren, die die Verwendung kritischer Elemente vermeiden, indem sie sich auf die Verwendung reichhaltigerer Basismetalle konzentrieren (Kapitel 16).

1.2.3 Erneuerbare Ressourcen

Die Herstellung von Chemikalien ist ressourcenabhängig. Bis auf wenige Ausnahmen, darunter ein kleiner Prozentsatz natürlich gewonnener Verbindungen (z.B. für die Verwendung in Körperpflegeprodukten und Arzneimitteln) und Chemikalien, die in Südafrika aus Kohle gewonnen werden (entwickelt, um die während der Apartheid eingeführten Handelsschranken zu überwinden), dominiert Erdöl die Industrie als Kohlenstoffrohstoff.

Vor allem von Seiten der Verbraucher wird zunehmend Druck auf die Hersteller ausgeübt, biologisch gewonnene Chemikalien als Ersatz für fossile Ressourcen und Stoffe herzustellen, die heute als gefährlich für uns oder die Umwelt gelten. Die Umstellung auf biobasierte Produkte hat eine Reihe von Vorteilen:10 Nutzung erneuerbarer und entbehrlicher Ressourcen Geringere Abhängigkeit von begrenzten und immer teurer werdenden fossilen Ressourcen Das Potenzial zur Verringerung der Treibhausgasemissionen (kohlenstoffneutral/geringe Kohlenstoffbelastung) Das Potenzial für eine nachhaltige industrielle Produktion Potenziell verbesserte Gesundheit der Bevölkerung Unterstützt die ländliche Entwicklung Gesteigerte industrielle Wettbewerbsfähigkeit durch innovative ökoeffiziente Produkte Potenzial für den Transfer in andere Regionen der Welt, einschließlich des Transfers geeigneter Technologien, die in der EU entdeckt und erprobt wurden

Vijayendran schätzte kürzlich, dass bis 2025 über 15 % des weltweiten Chemiemarktes von 3 Billionen Dollar aus biologischen Quellen stammen werden.11 Pharmazeutische Wirkstoffe (APIs), Polymere, Kosmetika, Schmierstoffe und Lösungsmittel sind nach Schätzungen der Ad-hoc-Beratungsgruppe für biobasierte Produkte die wichtigsten Untersegmente des Chemiesektors.10 Insbesondere APIs dürften mit 33,7 % des weltweiten Chemieumsatzes das Chemiesegment mit dem höchsten prozentualen Umsatzanteil an Produkten sein, die mit biotechnologischen Verfahren hergestellt wurden. Im Zuge der Abkehr von der Petrochemie wird die Verwendung von Biomasse als chemischer Rohstoff zunehmend an Bedeutung gewinnen.12

1.3 Biomasse als chemischer Rohstoff

Unter Biomasse versteht man im Allgemeinen großvolumige, geringwertige Bioressourcen, die als Rohstoff für die Herstellung von Chemikalien, Brennstoffen und Materialien verwendet werden können. Um Biomasse von fossilen Ressourcen wie Kohle und Erdöl (selbst alte Biomasse) zu unterscheiden, ist es ratsam, sich auf Ressourcen zu beschränken, die weniger als 100-200 Jahre alt sind (Ressourcen, die einen ähnlichen Lebenszyklus wie der Mensch haben). Auf diese Weise können wir Biomasse als Folgendes betrachten: Forstwirtschaftliche Rückstände Kurzumtriebsbäume Landwirtschaftliche Rückstände einschließlich Strohhalme Abfälle aus der Lebensmittelverarbeitung einschließlich Schalen, Steine, Schalen Gräser und andere an Land gewachsene Biomasse, die nicht für Lebensmittel verwendet wird Meeresrückstände Makroalgen (Algen), Mikroalgen und andere im Wasser gewachsene Biomasse, die nicht für Lebensmittel verwendet wird Andere Lebensmittelabfälle

Die Gesamtmenge dieser verfügbaren Biomasse ist nicht genau bekannt, wurde aber früher auf 50 Milliarden Tonnen pro Jahr geschätzt, einschließlich 1,3 Milliarden Tonnen pro Jahr an Lebensmittelabfällen.13,14

Biomasse kann in drei Hauptkategorien eingeteilt werden:12 Kohlenhydrate (Stärke, Zellulose und Hemizellulose) einschließlich Lignin aus lignozellulosehaltiger Biomasse Triglyceride (Soja-, Palm-, Raps-, Sonnenblumenöl) Gemischte organische Rückstände

Lignozellulosehaltige Biomasse besteht aus trockenem Pflanzenmaterial, das Zellulose, Hemizellulose und Lignin enthält. Sie kann aus einer Vielzahl von speziellen Pflanzen wie Miscanthus, Weide oder Pappel gewonnen werden. Alternativ können Rohstoffe auch aus Abfällen wie Reis- oder Weizenstroh, forstwirtschaftlichen Rückständen und Zellstoff aus der Papierindustrie gewonnen werden. Lebensmittelabfälle sind ein weiteres Ausgangsmaterial, das reich an funktionalisierten Molekülen ist. Obwohl sie biologisch abbaubar sind, sollten sie als Rohstoff für erneuerbare Chemikalien, Materialien und Biokraftstoffe verwertet werden, was zu einer Abfallminimierung und einer geringeren Abhängigkeit von fossilen Ressourcen führt. Die Verwertung von Abfällen hat den entscheidenden Vorteil, dass sie nicht mit landwirtschaftlichen Flächen konkurriert, die für die Nahrungsmittelproduktion genutzt werden könnten, und gleichzeitig einen Wert aus Rückständen generiert, die andernfalls im Abfall landen würden.15 Aus diesen Gründen wird die Abfallverwertung als zunehmend wichtige Quelle für Chemikalien und Energie angesehen.

Zusätzlich zu den extrahierbaren funktionellen Molekülen, die in der Biomasse zu finden sind, können wir auch zusätzliche nützliche funktionelle Moleküle oder “Plattformmoleküle” wie Bernsteinsäure, Milchsäure und Levoglucosenon durch biochemische oder thermochemische Verarbeitung der zellulosehaltigen Hauptbestandteile vieler Arten von Biomasse herstellen. Eine Bioraffinerie ist eine Analogie zur derzeitigen Erdölraffinerie, da sie Energie und Chemikalien produziert. Der Hauptunterschied liegt in den verwendeten Rohstoffen, die von Biomasse bis zu Abfällen reichen (Abbildung 1.2).

Bioraffinerien können in drei Typen eingeteilt werden. Bioraffinerien des Typs 1 konzentrieren sich auf die Umwandlung eines Ausgangsstoffs mit einem einzigen Verfahren und einem einzigen Produkt. Eine Anlage zur Herstellung von Biodiesel wäre ein gutes Beispiel: Raps oder Sonnenblumen werden zur Ölgewinnung verwendet, die anschließend mit Hilfe von Methanol und einem Katalysator zu Fettsäuremethylestern oder Biodiesel umgeestert werden.

Bioraffinerien vom Typ 2 unterscheiden sich vom ersten Typ durch die Anzahl der Produkte. Ein typisches Beispiel ist die Herstellung von Stärke, Ethanol und Milchsäure zusammen mit hohem Fruktosesirup, Maissirup, Maisöl und Maismehl aus der Mais-Nassmüllerei. Ein neueres Beispiel, das vorgeschlagen wurde, ist die Verwendung von Zitrusabfällen, wie Orangenschalen (Abbildung 1.3).16

Bioraffinerien des Typs 3 ermöglichen eine breitere Palette von Technologien zu kombinieren. Sie ermöglichen auch eine größere Anzahl von Produkten, die zwei oder mehr biobasierte Produkte erzeugen, und die Rückstände werden zur Energieerzeugung (entweder Kraftstoff, Strom und/oder Wärme) verwendet. Beispiele hierfür sind Ganzpflanzen-Bioraffinerien, in denen mehrere landwirtschaftliche Nebenprodukte aus derselben Pflanze verwendet werden. Bioraffinerien des Typs 3 zielen in der Regel auf die Herstellung von Chemikalien und Kraftstoffen ab.

Bei der Entwicklung des Bioraffineriekonzepts ist es zwingend erforderlich, dass saubere Technologien eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse wirklich nachhaltig sind. Die IEA Bioenergy Task 42 definiert Bioraffinerie als “die nachhaltige Verarbeitung von Biomasse zu einem Spektrum von biobasierten Produkten (Lebensmittel, Futtermittel, Chemikalien und/oder Materialien) und Bioenergie (Biokraftstoffe, Strom und/oder Wärme).17 In der Zukunft werden verschiedene Bioraffinerien auf den Markt kommen, die sich flexible Technologien zunutze machen und dazu beitragen, dass das Konzept der Bioraffinerie lokal verfügbare Biomasse in einem integrierten Brennstoff-Chemie-Material-Energie-Kreislauf verarbeitet, die Lebensqualität der lokalen Bevölkerung verbessert und die Umweltauswirkungen verringert, die von den drei Dimensionen der Nachhaltigkeit bestimmt werden: Umweltschutz, sozialer Fortschritt und wirtschaftliche Entwicklung.12

Die grüne Chemie trägt dazu bei, die Revolution der erneuerbaren Energien voranzutreiben, indem sie den Weg zur Substitution fossiler Rohstoffe und zu einem stärker kreislaufwirtschaftlichen Ansatz bei der Ressourcennutzung weist. Die drei grundlegenden Phasen des Produktlebenszyklus reichen nicht mehr aus – wir müssen jetzt eine Phase hinzufügen, in der die Ressourcen aus dem verbrauchten Artikel in die nützliche Produktion zurückgeführt werden. Dies könnte im Prinzip Teil des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs für organische Materialien sein, so dass wir nur dafür sorgen müssen, dass die Artikel gesammelt werden (bessere Infrastruktur) und dass sie (schnell) biologisch abbaubar sind. Die Einschränkung besteht darin, dass die Natur dazu neigt, den meisten Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid und anderen einfachen Molekülen zu übertragen, die dann mühsam aufgebaut werden müssen (durch chemische Reaktionen usw., die Ressourcen verbrauchen und ihren eigenen Abfall erzeugen). Bei den anorganischen Ressourcen können wir uns bei den meisten Elementen nicht auf einen natürlichen Kreislauf verlassen. Unser derzeitiger linearer Ansatz der Gewinnung von Erzen, der Verarbeitung zu Metallen, der Verwendung dieser Metalle bei der Herstellung komplexer Gegenstände und der anschließenden Entsorgung auf Mülldeponien kann uns die Ressourcen nicht in sinnvoller Weise zurückgeben. Vielmehr müssen wir unsere eigenen Kreislaufsysteme für anorganische Ressourcen aufbauen, bei denen die Ressourcen, in der Regel Metalle, aus den ursprünglichen Gegenständen, in denen sie verwendet werden, zurückgewonnen werden, und zwar in einer Form, die problemlos für dieselbe oder eine andere Anwendung verwendet werden kann. Dies erfordert grundlegende Änderungen im Design von Artikeln, die eine einfache Demontage auf Ressourcenebene ermöglichen – manchmal auch als “benign by design” bezeichnet.

1.4 Wichtige Initiativen weltweit

Wie bereits erörtert, bedeuten die zunehmende Gesetzgebung, die begrenzten Ressourcen und der Wandel in der wissenschaftlichen und öffentlichen Meinung, dass es für Industrie und Wissenschaft immer wichtiger wird, gemeinsam auf umweltfreundlichere und nachhaltigere Verfahren hinzuarbeiten. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir die nächste Generation von Wissenschaftlern mit den entsprechenden Kenntnissen und Fähigkeiten ausstatten.

Von den bescheidenen Anfängen einiger Forschungsgruppen, die sich in den 1980er Jahren mit der Ersetzung häufig verwendeter gefährlicher Reagenzien wie AlCl3 befassten, bis hin zur Bewegung für grüne Chemie, die in den 1990er Jahren von der US EPA ins Leben gerufen wurde, gibt es heute weltweit viele Initiativen für grüne und nachhaltige Chemie. Diese reichen von großen Zentren, die in verschiedenen Bereichen arbeiten, bis hin zu Bildungsprogrammen und Netzwerken. Grüne Chemie hält Einzug in verschiedene Bildungsstufen und in verschiedenen Ländern: Die wahrscheinlich bekanntesten Bildungsprogramme sind die Masterstudiengänge, die in Ländern wie dem Vereinigten Königreich, Frankreich, Spanien, Kanada, Griechenland, Indien und Bulgarien angeboten werden.18 Im Grundstudium ist grüne Chemie wahrscheinlich weniger gut entwickelt, aber in den USA bieten schätzungsweise 13 Universitäten Kurse in grüner Chemie an, wobei Berkeley besonders aktiv ist und auch Online-Aktivitäten entwickelt.11 Eine Reihe von Büchern und anderen Ressourcen bieten Praktika in grüner Chemie an, meist für Grundstudiengänge.19

Zentren für Grüne Chemie (meist an Universitäten mit mehr als einem leitenden Akademiker im Zentrum und mit einer Reihe von Aktivitäten, die über die Forschung hinausgehen und z. B. Bildung und Vernetzung umfassen) sind weit verbreitet, mit mehreren in den USA (einschließlich UC Berkeley und UMass Boston) und anderen in Australien (Zentrum für Grüne Chemie in Monash), Korea (einschließlich des Korean Research Institute of Chemical Technology), Mexiko (UANL, Monterrey), Indien (Universität Delhi), Kanada (Green Center Canada) und dem Vereinigten Königreich (University of York).20

Das Green Chemistry Network (GCN) hat vor kurzem ein Netz von Zentren für grüne und nachhaltige Chemie (G2C2) ins Leben gerufen, um die Kommunikation zwischen den bestehenden Zentren zu verbessern und einen Leitfaden für neu entstehende Zentren, z. B. in Brasilien und Südafrika, zu bieten.21 Das erste Treffen der internationalen Zentren fand im Dezember 2013 in Delhi statt.22 Darüber hinaus ist das Institut für Grüne Chemie sehr aktiv bei der Förderung mehrerer wichtiger Initiativen im Bereich der Grünen Chemie, wie z. B. der Ökologisierung pharmazeutischer Prozesse.23,24 Die Zusammenarbeit zwischen Hochschulen und Industrie ist auch bei der Entwicklung von Spitzentechnologien und -projekten von entscheidender Bedeutung, wie z. B. beim IMI-Projekt “CHEM21 (Chemische Herstellungsmethoden für die pharmazeutische Industrie des 21. Jahrhunderts)”.25 Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung umweltfreundlicherer Methoden durch die Entwicklung nachhaltiger biologischer und chemischer Alternativen zu endlichen Materialien wie Edelmetallen. Viele der Themen des Projekts werden in den Kapiteln dieses Buches behandelt.

1.5 Zusammenfassung

Grüne Chemie, grünes Engineering und nachhaltiges Design müssen bei der Entwicklung umweltfreundlicherer Verfahren berücksichtigt werden. Die sich ändernde öffentliche Meinung, die Gesetzgebung und die Verfügbarkeit von Ressourcen treiben alle den Wandel voran. Die Umsetzung von REACH und die Entwicklung von “SIN-Listen” für Chemikalien, mit denen die Verwendung vieler Chemikalien eingeschränkt werden soll, hat weitreichende Auswirkungen auf die verarbeitende Industrie. Die begrenzte Verfügbarkeit vieler Ressourcen bedeutet, dass wir geschlossene Kreislaufsysteme entwickeln und zu einer Kreislaufwirtschaft übergehen müssen. Das Konzept der Bioraffinerie ermöglicht die Umwandlung von Biomasse in nützliche Chemikalien und Energie, wodurch unsere Abhängigkeit von fossilen Ressourcen verringert wird. Weltweit gibt es zahlreiche Initiativen, die Innovationen im Bereich der grünen und nachhaltigen Chemie fördern und die nächste Generation von Wissenschaftlern ausbilden wollen.