Keine Nachhaltigkeitsdebatte ohne Chemikalien/No sustainability debate without chemicals [deu/eng]

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Nicht sichtbar aber überall vorhanden: Dass alltägliche Produkte, wie Elektronik, Sofas oder Kleider Chemikalien in die Luft freisetzen, ist ein oft zu wenig beachteter Aspekt in Nachhaltigkeitsdebatten. Warum sich das ändern muss, begründet die Chemikerin Clara Löw vom Öko-Institut in ihrem Blogbeitrag.

Clara Löw vom Öko-Institut, Quelle: Öko-Institut

Clara Löw vom Öko-Institut, Quelle: Öko-Institut

Ich tippe typische Verwendungen von „Persistent Organic Pollutants“ (POPs), also nicht-abbaubaren organischen Schadstoffen, in eine Excel-Tabelle und frage mich, wie ich darin ein Muster erkennen soll. Ich habe die Aufgabe, deren Anwendungsmuster zu analysieren, aber noch keine Idee, wie ich da hinkomme. Ich merke, wie die Tabelle mich in Gedanken einengt und fange an, Begriffe auf ein leeres Blatt zu schreiben: Pestizide, Flammschutzmittel, Weichmacher in Kunststoffen, Textilen und Motorenölen sowie noch viele mehr.

Ich kann nicht mehr sagen, welcher Begriff es war – vielleicht war es auch die Kombination – die in meinem Kopf eine Grafik aus meiner Masterarbeitsliteratur von vor eineinhalb Jahren aufleuchten lässt. Sie zeigte Emissionen pro Jahr aus unterschiedlichen Produkten, die aufgesplittet nach Gruppen organischer Chemikalien dargestellt waren, Ether, aromatischen Verbindungen, cyclischen nicht-aromatische Verbindungen und so weiter.

„Ein kleines bisschen Chemie“

Im Homeoffice verwende ich den Ordner mit meiner Masterarbeitsliteratur zur Erhöhung meines Bildschirms – das war der dickste im Regal. Was für ein Zufall. Ich finde das Paper! Und mit ihm kommt ein großer Schub Motivation aus dem Ordner:

Denn ein verkannter Aspekt von Nachhaltigkeitsdebatten sind oft Chemikalien in Produkten und alltäglichen Materialien und deren Freisetzung während der Herstellung und Nutzung, während des Transports, in der Abfallphase und in der Verbrennung.

Wo soll denn zwischen biologischem Gemüseanbau, Forderung nach weniger Plastik und mehr Klimaschutz noch Platz für „ein kleines bisschen Chemie“ sein? Dazu kann ich genau hier, mit meiner Aufgabe Anwendungsmuster zu analysieren, etwas beitragen.

Die „wesentliche Reduktion der Freisetzung von Chemikalien in Luft, Wasser und Boden“ ist ein Teilziel der Nachhaltigkeitsagenda der Vereinten Nationen (SDG 12.4), „um negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu minimieren“. Dies ist vor allem für diejenigen Chemikalien wichtig, die besonders besorgniserregende Eigenschaften haben.

Flammschutzmittel in der Atmosphäre

Organische Flammschutzmittel, die in vielen Alltagsprodukten (Sofa, Elektronik, Matratzen, …) sind, weisen eine oder mehrere besorgniserregende Eigenschaften auf. Ihr meist flüchtiger Charakter führt zu einer Verbreitung der Stoffe in der Atmosphäre. Die Freisetzung in die Umgebungsluft wird durch die substanzspezifische Volatilität beschrieben. Das ist die Fähigkeit einer Substanz zu verdampfen. Es gibt einerseits natürlich vorkommende Volatile organische Verbindungen (VOC), wie beispielsweise der Stoff, den Nadelhölzer abgeben, und der dazu führt, dass es „nach Tanne“ riecht. Andererseits gibt es auch viele vom Menschen verursachte (anthropogene) Luftschadstoffe die der Luft beigemengt sind.

VOC sind an einer Reihe von Prozessen in der Atmosphäre beteiligt:

  1. Sie können beispielsweise „sekundären Feinstaub“ durch Oxidationsprozesse in der Luft bilden.
  2. Gebunden an die Oberfläche von anderen Feinstaubpartikeln können sie über die Luft zum Teil sehr weit, das heißt bis zur Arktis, transportiert werden.

Mit diesen beiden Verhaltensmustern beeinflussen organische Luftschadstoffe…

  • …Prozesse des Klimawandels, denn sekundäre Aerosolpartikel können Wolken bilden.
  • …in der Ozonschicht durch die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies.
  • …die Luftqualität in Städten negativ – mit negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Luftschadstoffe tragen zu erhöhtem Aerosolgehalt der Atmosphäre bei.

Sie sind also an Prozessen bei drei von neun „planetaren Grenzen“ nach Steffen et al. (2015) beteiligt. Außerdem: Angelagert auf der Oberfläche von Feinstaubpartikeln können gesundheitsgefährdende organische Chemikalien eingeatmet werden mit direkten Folgen für den betroffenen Menschen.

Besonders besorgniserregend sind vom Menschen verursachte (semi-)volatile organische Substanzen insbesondere dann, wenn sie halogeniert, das bedeutet Fluor, Chlor oder Brom enthalten, sind. Man kürzt sie als X-(S)VOC ab. Dass solche Stoffe alle Kriterien für einen nicht-abbaubaren organischen Schadstoff (POP) erfüllen, ist sehr wahrscheinlich: Sie sind also voraussichtlich persistent, bioakkumulierend, toxisch und können sich weit in der Umwelt verbreiten ohne abgebaut zu werden.

Was die Politik zusätzlich tun könnte

Bisherige Strategien in der Chemikalien-Regulatorik sind:

  • Chlor-Fluor-Verbindungen reduzieren zum Schutz von stratosphärischem Ozon insbesondere über das Kyoto-Protokoll
  • Wechsel von organischen Lösungsmitteln zur Verwendung wässriger Systeme zur Reduktion von troposphärischem Ozon.
  • Ausstieg aus der Verwendung von toxischen Substanzen.
  • Neuere Erkenntnisse legen nahe, sich auch hiermit zu beschäftigen:
  • Volatile chemische Produkte (aus Indoor-Quellen) tragen wesentlich zur Bildung von sekundärem Feinstaub bei.
  • Neben Ozon und toxischen Substanzen muss vor allem auch PM2,5 stärker in das Blickfeld gerückt werden. PM2,5 sind Schwebstaubteilchen, deren Durchmesser kleiner ist als 2,5 Mikrometer. Ein Mikrometer entspricht einem Tausendstel Millimeter. Diese Teilchen gelangen besonders tief in die Lunge. Hierfür sollten alle relevanten Vorläufersubstanzen und -klassen identifiziert und reguliert werden.

Flammschutzmittel sind unterschätzte Luftschadstoffe

Insgesamt wird in der Öffentlichkeit beim Thema Nachhaltigkeit wenig an Chemikalien gedacht. Dabei stehen zum Beispiel die Flammschutzmittel stellvertretend für die große Gruppe der von Menschen gemachten Luftschadstoffen. Dass diese Substanzgruppe einen größeren Anteil an den organischen Luftschadstoffen ausmacht als vermutet, fanden unter anderem McDonald et al. (2018) heraus: In vielen Produkten unseres alltäglichen Lebens sind solche Chemikalien zugesetzt, um gewünschte Produkteigenschaften, wie zum Beispiel die flammhemmende Wirkung beizusetzen. McDonald et al. nennen sie die „volatilen, chemischen Produkte“.

Die vor mir liegende Aufgabe, die Anwendungsmuster von POPs zu analysieren, trägt zum Bekanntheitsgrad eben dieser Verbindungen und ihrer oben beschriebenen Umweltwirkungen bei. Sie haben das Potenzial, organische Luftschadstoffe und ihre typischen Anwendungen als anthropogene Chemikalien in den Fokus zu setzen.

Und plötzlich habe ich eine Idee, wie zwischen den chemischen Strukturen, den Lebenszyklusabschnitten mit Emissionsrisiko, den Funktionen der Stoffe und den typischen Materialien, in denen sie Anwendung finden, ein Muster zu suchen ist. Es wird in dennoch in einer großen Excel-Tabelle enden.

Clara Löw ist Expertin für Schadstoffbewertung und Substanzevaluation,  Kreislaufwirtschaft sowie Kunststoffe und arbeitet im Bereich „Produkte & Stoffströme“ am Standort Freiburg. Mit ihrer Masterarbeit zu „Organischen Flammschutzmitteln in der Umgebungsluft von Frankfurt a.M.“ und der Begründung, wie wichtig anthropogene Chemikalien für ökologische Fragestellungen sind, hat Clara Löw 2020 den Nachhaltigkeitspreis für Abschlussarbeiten der Universität Frankfurt gewonnen.

Weitere Informationen

Themenseite „Chemikalien- und Technologiebewertung“ des Öko-Instituts

 

 

 

 

 

English version

No sustainability debate without chemicals

Invisible but present everywhere: everyday products such as electronic goods, sofas and clothes release chemicals into the air, yet this is an entirely overlooked aspect of the sustainability debate. The chemist Clara Löw of the Oeko-Institut explains in her blog post why this needs to change.

Clara Löw vom Öko-Institut, Quelle: Öko-Institut

Clara Löw (Oeko-Institut), Source: Oeko-Institut

I am typing typical uses of persistent organic pollutants (POPs) into an Excel table and asking myself how I can spot

a pattern there. My task is to analyse usage patterns, but as yet I have no idea how to come at that. I notice how the table constricts my thoughts and start writing words on a blank sheet of paper: pesticides, flame retardants, plasticisers, textiles and motor oils – and many more.

I don’t know which term it was – or it may have been the combination – that suddenly reminded me of a chart from the literature that I referred to in my Master’s thesis a year and a half ago. It showed annual emissions from various products listed according to groups of organic chemicals – ethers, aromatic compounds, cyclic non-aromatic compounds and so on.

“A little bit of chemistry”

At my home computer I use the file containing the literature references from my Master’s thesis to raise my screen – it was the thickest one in my bookshelf. What a coincidence. I find the paper! And at that point the file provides a sudden burst of motivation:

Because an entirely overlooked aspect of sustainability debates is the issue of chemicals in products and everyday materials and their release during manufacture and use, during transport, in the waste phase and during combustion.

What with organic vegetable growing, calls for less plastic and more action on climate change, how are we to find room for “a little bit of chemistry”? I can contribute something to that right here, with my task of analysing usage patterns.

Significantly reducing the release of chemicals into air, water and soil in order to minimise their adverse impacts on human health and the environment is one of the targets of the United Nations’ sustainability agenda (SDG 12.4). This is especially important for those chemicals that have particularly worrying properties.

Flame retardants in the atmosphere

The organic flame retardants present in many everyday products (including sofas, mattresses and electronic goods) have various worrying properties. Most of these chemicals are volatile, which means that they diffuse into the atmosphere. This release of a specific substance into the surrounding air is termed its volatility – that is, its ability to evaporate. Some volatile organic compounds (VOCs) occur naturally; an example is the substance given off by conifers which results in the smell of pine. There are also many human-made (anthropogenic) airborne pollutants that become part of the air.

VOCs play a part in a number of processes in the atmosphere:

  1. For example, they can form “secondary particulate matter” as a result of oxidation processes in the air.
  2. When bound to the surface of other fine particles, they can travel vast distances in the air – including as far as the Arctic.

Via these behaviour patterns, organic airborne pollutants affect …

  • …climate change processes, because secondary aerosol particles can form clouds.
  • …the ozone layer through the formation of reactive oxygen species.
  • …urban air quality – with adverse impacts on human health. Airborne pollutants increase the aerosol content of the atmosphere.

They are thus involved in processes that contribute to three of the nine “planetary boundaries” defined by Steffen et al. (2015). Furthermore, when deposited on the surface of fine particles, organic chemicals that are harmful to health can be inhaled, with direct consequences for the people affected.

Anthropogenic (semi-)volatile organic substances are particularly worrying when they are halogenated – that is, when they contain fluorine, chlorine or bromine. These are abbreviated as X-(S)VOC. Such substances are very likely to meet all the criteria for a persistent organic pollutant (POP): they are probably persistent, bioaccumulative and toxic and can spread a long way in the environment without degrading.

What other things policy-makers could do

Existing strategies in the chemicals regulations include:

  • Reducing chlorofluorinated compounds – notably via the Kyoto Protocol – to protect stratospheric ozone.
  • Replacing organic solvents with water-based systems to reduce tropospheric ozone.
  • Phasing out the use of toxic substances.

More recent findings indicate that the following points also need to be addressed:

  • Volatile chemical products (from indoor sources) make a significant contribution to the formation of secondary particulate matter.
  • Alongside the focus on ozone and toxic substances, greater attention also needs to be paid to PM2.5. PM2.5 refers to fine airborne particles with a diameter of less than 2.5 micrometres. One micrometre is a thousandth of a millimetre. These particles advance particularly far into the lungs. To address this problem, all the relevant precursor substances and classes should be identified and regulated.

Flame retardants are underrated airborne pollutants

In the public arena, little thought is usually given to chemicals as an aspect of sustainability. Substances such as flame retardants stand for the large group of anthropogenic atmospheric pollutants. McDonald et al. (2018), among others, have established that substances in this group contribute more to organic atmospheric pollution than was supposed: many products that we use every day incorporate chemicals to provide particular product characteristics, such as fire resistance. McDonald et al. call these additives “volatile chemical products”.

My task of analysing the ways in which POPs are used helps raise awareness of these compounds and the environmental impacts described above. The patterns thus identified can draw attention to organic airborne pollutants and their typical applications as anthropogenic chemicals.

And suddenly I have an idea for how I can look for a pattern among the chemical structures, the life cycle phases with emissions risk, the function of the substances and the typical materials in which they are used. But I will still end up with a big Excel table.

Clara Löw is an expert in pollutant assessment and substance evaluation, the circular economy and plastics. She works in the Sustainable Products & Material Flows Division in Freiburg. In 2020 Clara Löw was awarded Frankfurt University’s sustainability prize for degree theses for her Master’s thesis on “Organic flame retardants in the ambient air of Frankfurt am Main” and her account of the importance of anthropogenic chemicals in environmental issues.

Further information:

The Oeko-Institut’s topic page on “Chemicals and technology assessment”

 

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