Grüne Chemie: Merck macht’s möglich
C8H10N4O2. Chemie ist abstrakte Formeln, die viele nicht verstehen. Dabei begegnet sie uns ständig im Alltag in unzähligen Konsumgütern. Etwa in Mobiltelefonen, Medikamenten oder in Verpackungen. Das Unternehmen Merck zeigt, dass man chemische Produkte auch umweltfreundlich und „grüner“ gestalten kann.
22.10.2018
Wie kann man umweltfreundliche Chemikalien entwickeln, die aber genauso wirkungsvoll wie herkömmliche Substanzen sind? Diese Frage hat sich das Wissenschafts- und Technologieunternehmen Merck gestellt. Und darauf auch Antworten gefunden: Im Rahmen des Programms für „Grüne Chemie“ entwickelt und produziert der Konzern nachhaltige Alternativen zu den bisher üblichen chemischen Produkten.
Nachhaltige Entwicklung und Produktion
Schon während der Entwicklungsphase neuer Chemikalien wenden die Produktdesigner von Merck die zwölf Grundprinzipien der Grünen Chemie an. Paul T. Anastas, Professor an der Yale University, und der Chemiker John C. Warner haben diese im Jahre 1998 entwickelt. Hauptziel dabei ist es, die Umwelt zu schonen und gefährliche Substanzen zu reduzieren. Es gilt, verantwortungsvoll mit Ressourcen umzugehen, Abfall zu vermeiden und Energie einzusparen. Auch die chemischen Prozesse sollen sicherer für den Anwender werden.
Dafür reiche es aber nicht aus, nur auf die stofflichen Eigenschaften des Produkts zu achten, erklärt dazu das Umweltbundesamt: „Auch die Bedingungen, unter denen die Stoffe hergestellt, verarbeitet und angewendet werden, müssen für den gesamten Lebenszyklus bewertet werden. Dazu gehört der spezifische Ressourcenbedarf (in Bezug auf Energie, Roh- und Hilfsstoffe), die Ausbeute bei der Herstellung, Emissionen in Luft, Wasser und Boden sowie Abwasser- und Abfallmengen.“
Um dem gerecht zu werden, prüft Merck, wie nachhaltig der jeweilige Herstellungsprozess ist. Im Rahmen des Re-Engineerings untersuchen die Produktdesigner die chemischen Reaktionen und arbeiten an umweltfreundlicheren Ansätzen. So zum Beispiel bei der Herstellung von Beta-Amylase. Das Enzym wird unter anderem aus Süßkartoffeln gewonnen. Der ursprüngliche Herstellungsprozess erforderte eine große Menge an Rohmaterialien und verbrauchte viel Energie. Die neue Herangehensweise ist viel effizienter: Es sind keine Lösungsmittel mehr nötig, die Herstellung findet auf Wasserbasis statt, wie das Unternehmen erklärt.
Cyrene als „grüne“ Alternative
Ein Meilenstein der Grünen Chemie ist beispielsweise Mercks neues Lösungsmittel „Cyrene (trademarked)". 2017 erhielt es die Auszeichnung „European Bio-Based Chemical Innovation of the Year“. Herkömmliche Lösungsmittel, wie Dimethylformamid (Ameisensäure) oder NMP, sind gesundheitsschädlich und schlecht für die Umwelt. Ameisensäure stehe sogar im Verdacht, das Erbgut zu verändern, erklärt Dr. Jane Murray, Head of Green Chemistry bei Merck. Cyrene hingegen basiert auf Abfallzellulose und auch der Herstellungsprozess ist nachhaltig. Dieser sei „nahezu energieneutral“ und spare zudem Wasser. Das mache Cyrene zu einem Produkt, das umweltverträglicher und leichter zu recyceln sei.
Murray weiß aber auch um die Schwierigkeiten, die bei der Herstellung solcher umweltfreundlicher Alternativen entstehen: „Bei der Bewertung der allgemeinen Nachhaltigkeit biobasierter Produkte ist es wichtig, konkurrierende Ressourcen und die Effizienz des Herstellungsprozesses zu berücksichtigen. Wir haben DOZN (trademarked) entwickelt, ein quantitatives Online-Tool für grüne Chemie, das diese Bewertungen unterstützt und es den Kunden erleichtert, die Kriterien für unsere ‚grüne‘ Bewertung zu verstehen.“ DOZN überprüft die Nachhaltigkeit der Produkte in den Hauptkategorien „verbesserte Ressourcennutzung“, „effizienter Energieeinsatz“ und „minimierte Gefahren für Mensch und Umwelt“. Damit werden auch die Wirkungsweisen der grüneren Alternativen transparenter, so Murray weiter.
Design for Sustainability
Merck möchte die Laborarbeit auch abseits von chemischen Produkten nachhaltiger machen. Dazu wurde das „Design for Sustainability“-Programm (DfS) ins Leben gerufen: „Es ist eine Arbeit, die vor allem auf einem guten Gespür und dem Verständnis für die gesamten Arbeitsschritte innerhalb des Produktlebenszyklus basiert“, erzählt Philipe Rivat über seinen Alltag als Produktdesigner bei der Biomonitoring R&D Group von Merck. Schon während des Entwicklungsprozesses überprüft er die Nachhaltigkeit der Produkte. Dazu stehen ihm und seinen Kollegen diverse Werkzeuge zur Verfügung, wie beispielsweise Produktlebenszyklus-Analysen. Experten aus verschiedenen Bereichen, wie der Forschung, dem Produktmanagement oder dem Einkauf, tauschen sich außerdem regelmäßig aus, um die Produkte weiter zu verbessern.
Chemie der Zukunft
Über 750 nachhaltige Life-Science-Produkte vertreibt der Konzern mittlerweile und das Angebot wird stetig erweitert. So unterstützt Merck auch seine Kunden und Partner dabei, umweltfreundlicher zu arbeiten und zu forschen. Um das Thema nachhaltige Chemie voranzubringen, arbeitet das Unternehmen zudem mit Start-ups zusammen und unterstützt diese bei der Entwicklung ihrer innovativen Ideen und Produkte. Auch der wissenschaftliche Nachwuchs kommt nicht zu kurz. Merck will die Grüne Chemie stärker in die Lehrpläne von Studierenden integrieren. Dazu hat der Konzern gemeinsam mit den Non-Profit-Organisationen „Beyond Benign“ und „My Green Lab“ einen Leitfaden für Experimente in Chemielaboren entwickelt. Dieser beschreibt für zehn klassische Versuche der organischen Chemie passende umweltfreundlichere Alternativen. Außerdem enthält er didaktische Materialien für die Lehrkräfte.
Ein Schritt in die richtige Richtung, wenn man Paul T. Anastas im Interview mit der TU Darmstadt folgt: „Grün bedeutet jung, frisch, neu. Genau darum geht es bei der Grünen Chemie. Grüne Chemie ist eben nicht nur ein bisschen effizienter und erst recht nicht nur das kleinere Übel – Grüne Chemie ist neue Chemie.“
