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Kohlendioxid aus der Luft | CO2 lässt sich direkt aus der Luft abscheiden (direct air capture, DAC). Im Rahmen des Kopernikus-Projekts Power-to-X haben die RWTH-Wissenschaftlerin Sarah Deutz und Professor André Bardow, ehemals RWTH und nun ETH Zürich, gezeigt: Die ersten kommerziellen DAC-Anlagen in Hinwil, Schweiz, und Hellisheiði, Island, können Effizienzen von 85 beziehungsweise 93 Prozent für die Kohlenstoffabscheidung erreichen. Ob DAC dem Klima nutzt, hängt dabei von der Energiequelle für diesen Prozess ab.S. Deutz, A. Bardow, Nat. Energy 2021, 6, 203Kohlenstoffbedarf decken | In Chemikalien und Polymeren sind weltweit 450 Millionen Tonnen Kohlenstoff enthalten. 85 Prozent davon stammen aus fossilen Ressourcen, 10 Prozent aus Biomasse und 5 Prozent aus Recycling. Dies zeigt ein Bericht, den das Nova-Institut im Auftrag von Unilever erstellt hat. Er liefert ein Szenario für das Jahr 2050, in dem etwa 1000 Millionen Tonnen Kohlenstoff in Produkten enthalten sein werden. Da es technisch nicht möglich sei, den gesamten Kohlenstoff im Kreislauf zu halten, werden erneuerbare Kohlenstoffquellen wie Biomasse und abgeschiedenes CO2 aus Industrieprozessen oder der Atmosphäre (Carbon Capture and Utilisation, CCU) notwendig sein.Zur Studie: <a href="https://renewable-carbon.eu/publications" target="_blank">renewable-carbon.eu/publications</a>Rechtliche Aspekte einer Kohlendioxidwirtschaft | Gesetze und Verordnungen decken die Kohlendioxidwirtschaft ungenügend ab. Ein Gutachten der nordrhein-westfälischen Initiative von Unternehmen, Verbänden und Forschungseinrichtungen, <a href="https://IN4climate.NRW" target="_blank">IN4climate.NRW</a>, zeigt den rechtlichen Rahmen zu Transport, Speichern und Nutzen von CO2. Es sei gut geregelt, wie aus Industrieprozessen oder der Atmosphäre abgeschiedenes CO2 (Carbon Capture and Utilisation, CCU) zu transportieren sei. Aber das Kohlendioxid-Speicherungsgesetz sei lückenhaft und unklar für den Transport von CO2, das für Abscheiden und Speichern (Carbon Capture and Storage, CCS ) vorgesehen ist. CO2-Speicherung in Deutschland und CO2-Export für Offshore-CCS sind zurzeit rechtlich ausgeschlossen.Zum Gutachten: <a href="https://t1p.de/r7ri" target="_blank">t1p.de/r7ri</a>Ob negative Emissionen gut sind oder schaden | Negativemissionstechniken (NETs) entfernen Treibhausgase aus der Atmosphäre. Dazu gehören das technische Herausfiltern von CO2 aus der Luft, die Aufforstung von Wäldern und die Ozeandüngung. Ein Team um den Umweltökonomen Erik Gawel und den Rechtswissenschaftler Till Markus vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig hat klimawissenschaftliche, -politische und -rechtliche Aspekte von NETs untersucht. Ob diese dazu beitragen, kontinuierlich „Negativ-Emissionen“ zu erzeugen, hänge etwa davon ab, ob eine dauerhafte Einlagerung gelingt. „Wer das für die gesamte Weltgemeinschaft garantiert und finanziert, ist vollkommen offen“, sagt Gawel. Daher sollten NETs nicht undifferenziert als Emissionsminderung (Mitigation) gelten. Sonst könnten Staaten sich weniger bemühen, ihre Lebens- und Wirtschaftsweise so zu ändern, dass sie Treibhausgase verringern oder vermeiden.doi: 10.1007/s10357–021–3804–8doi: 10.1007/s10357–020–3755–5Maren Bulmahn

Meldung

Treibhausgase einfangen, speichern und nutzen

Kohlendioxid aus der Luft | CO2 lässt sich direkt aus der Luft abscheiden (direct air capture, DAC). Im Rahmen des Kopernikus-Projekts Power-to-X haben die RWTH-Wissenschaftlerin Sarah Deutz und Professor André Bardow, ehemals RWTH und nun ETH Zürich, gezeigt: Die ersten kommerziellen DAC-Anlagen...

Es ist kaum möglich, ein Gemisch wie Weihrauch für den sicheren Handel nach der EU-Chemikalienverordnung Reach zu testen – jedenfalls nicht mit vertretbaren Kosten. Unternehmen müssen mit den Behörden gemeinsam eine Lösung finden.
Weihrauch ist nach einigen Jahrzehnten Pause wieder Bestandteil des Arzneibuchs – zumindest eine bestimmte Art, nämlich der Indische Weihrauch (Boswellia serrata).1) Andere Sorten sind Boswellia carterii und Boswellia sacra [Nachr. Chem. 2016, 64, 23].Im Allgemeinen besteht das Harz des Weihrauchbaums aus ätherischen Ölen (5 bis 9 %), Schleimstoffen (25 bis 30 %) und dem eigentlichen Harz (60 bis 70 %).2) Je nach Anbaugebiet, Sorte und Erntezeitpunkt unterscheidet sich die Zusammensetzung qualitativ und quantitativ (Foto oben).<figure><img src="https://media.graphcms.com/LaP5kBeJRAe5MpBIHL8S"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Vielstoffgemisch Weihrauch. Foto: Ehrensberger</figcaption></figure>
<h2>Gemische im Chemikalienrecht</h2>Stoffe mit unbekannter oder variabler Zusammensetzung, komplexe Reaktionsprodukte oder ein biologisches Material nennt das Chemikalienrecht UVCB-Stoffe: unknown or variable composition, complex reaction products or biological materials.3)Dazu gehören Naturstoffe oder Extrakte daraus. Die Identität solcher Stoffe leitet sich aus der Quelle, etwa der Herkunftsregion, dem Verarbeitungsverfahren und weiteren Parametern ab, darunter die Art der Extraktionsmittel. Demnach sind zum Beispiel Naturstoffe aus unterschiedlichen Regionen und sogar jede Charge als unterschiedliche Stoffe anzusehen. Sie sind möglicherweise unterschiedlich persistent, bioakkumulierbar oder toxisch, haben also unterschiedliche PBT-Werte.Grundsätzlich verlangt die Europäische Chemikalienagentur Echa, die Zusammensetzung eines UVCB-Stoffs aufzuklären und die PBT-Eigenschaften des Gemischs zu ermitteln. Dazu gehört es, alle Inhaltsstoffe zu identifizieren, auch solche mit nur 0,1-prozentigem Anteil. So steht es in den Echa-Decisions. Praktiker halten dies allerdings für wirklichkeitsfremd.<h2>Vieles hat sich eingespielt</h2>Karsten Müller, Director Global Chemical Regulations bei BASF schätzt, dass 20 bis 30 Prozent der unter der Europäischen Chemikalienverordnung Reach registrierten Stoffe UVCBs sind. Insgesamt belaufe sich die Zahl vermutlich auf mehrere Tausend. BASF und die gesamte Industrie hätten daher viel Erfahrung mit der Registrierung von UVCBs.So sind etwa petrochemische Stoffströme wie Naphtha oder Lavendelöl als UVCB registriert. Dabei ist zwar auf Spannbreiten, repräsentative Testsubstanzen und jeweils individuelle Details zu achten. Aber das Reach-Konzept sei für UVCBs pragmatisch gestaltet, sagt Müller. Es wäre praxisfern, müsste man jedes nachgewiesene Molekül eines UVCB separat registrieren.<h2>Der Chemikalienhandel</h2>Große Unternehmen wie BASF können die Beurteilung von Substanzen und bürokratische Registrierungen gut handhaben. Aus Sicht eines Chemikalienhandels erscheint es schwieriger. Grundsätzlich will der Handel aber bei der Registrierung von Stoffen mitwirken.Michael Pätzold vom Verband Chemiehandel sagt: „Ich kenne viele Beispiele, in denen Händler Stoffe gemäß Reach-Verordnung registriert haben. Es gab dafür Gründe wie Nachfrage oder weltweit zum Beispiel nur zwei Lieferanten.“ Im Allgemeinen geschehen solche Registrierungen jedoch selten. Grund sei das Regulierungsdickicht aus Reach, der europäischen Biozidrichtlinie, der Einstufungs- und Kennzeichnungsverordnung, der Chemikalienverbotsverordnung und weiteren Abgabe- und Meldepflichten für Chemikalien wie Drogenvorprodukten und Explosivstoffen. Allenfalls würde der Handel gut untersuchte Stoffe mit aussagekräftigen und bereits vorliegenden Testergebnissen registrieren oder registrieren lassen.Pätzold ist kein Fall bekannt, in dem „ein Händler ein UVCB bei Reach angemeldet hätte, denn das ist eine Wundertüte“. Schlimmstenfalls sehe die Europäische Chemikalienagentur weitere Gefahren etwa durch krebserregende Inhaltsstoffe und fordere langwierige Studien nach – mit Kosten im sechsstelligen Bereich.<h2>Zum Testen in Wasser lösen</h2>Regelmäßig erhält das Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME in Schmallenberg Anfragen zur Testung von UVCBs. „Es gibt dazu kein allgemeines Schema“, sagt Matthias Teigeler, Leiter der Abteilung Ökotoxikologie des Instituts. „Wir prüfen daher für jede einzelne UVCB-Substanz mit unterschiedlichen Strategien, wie sich Stoffe in Testgefäßen und Testsystemen verhalten, bevor die Wirkung auf die Umweltorganismen im Labor untersucht wird.“Zunächst ist zu klären, ob sich die Inhaltsstoffe eines UVCB-Gemischs einzeln betrachten lassen und eine analytische Quantifizierung möglich ist. Mit dem WAF-Konzept (water accommodated fractions) lässt sich zumindest teilweise eine Löslichkeit von UVCBs in Wasser erzielen. Damit lassen sie sich für die ökotoxikologische Beurteilung zugänglich machen. Diese Methode eignet sich für Substanzen wie Öle oder Ölartige.Die Substanz wird dafür auf einen Wasserkörper mit definiertem Volumen aufgebracht. Bis zu 96 Stunden langes Rühren soll die löslichen Komponenten in die Wasserphase überführen. Diese wird am Schluss entnommen und die verbleibende Phase verworfen. Teile der Wasserphase dienen als Testmedium für die ökotoxikologischen Tests.Das Basispaket der ökotoxikologischen Tests besteht in der Regel aus einem Algenwachstums-Hemmtest, einem Test auf Immobilisierung von Wasserflöhen und einem Kurzzeittest auf akute Mortalität von Fischen innerhalb von 96 Stunden. Der Umfang und die Art der notwendigen Studien hängen von der Produktionsmenge der Substanz ab. Mit ihnen lässt sich die aquatische Toxizität des wasserlöslichen Teils der UVCB-Substanz einschätzen.<h2>Passives Dosieren</h2>Wenn die zu testende Substanz zu großen Anteilen gar nicht in Lösung geht, wenn sich volatile Komponenten schnell verflüchtigen, sich adsorptionsfreudige Komponenten an Gefäßwandungen heften oder an die Testorganismen, etwa die Wasserflöhe, und im Organismus metabolisieren, hilft manchmal passives Dosieren.Die Fraunhofer-Forscher stellen dafür einen Silikonträger mit der zu testenden Substanz als Reservoir ins Wasser. Wenn das Reservoir während der aquatischen Untersuchungen im Wasser bleibt, sorgt es für eine konstante Testsubstanzkonzentration im Wasser bis hoch zur maximalen Wasserlöslichkeit (Foto S. 37). So funktioniert das dynamische Passive Dosing.<figure><img src="https://media.graphcms.com/ajnqv0OORjqvfeM24zs7"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Die Apparatur mit Schlauchreservoir und Rührfisch sorgt für eine konstante Testsubstanzkonzentration im Wasser.4) Die Substanz diffundiert durch das Silikon. Foto: Fraunhofer IME/Jan Bröckelmann</figcaption></figure>
Beim statischen Passive Dosing bleibt das Reservoir nicht im Testbecken, sondern die Testsubstanzkonzentration im Wasser wird vor dem Test über Passive Dosing eingestellt.Beide Herangehensweisen sind möglich, und es ist für die individuellen Tests zu klären, welche sich am besten eignet – abhängig von Substanzeigenschaften wie Flüchtigkeit und Abbaubarkeit sowie den Gegebenheiten des Tests (statisch, semistatisch oder im Durchfluss). Dabei lässt sich die Konzentration in der Wasserphase prinzipiell durch verschiedene Beladung des Trägermaterials von null bis zur Wasserlöslichkeitsgrenze variieren.Claire MacKenzie, Laborleiterin der Fraunhofer-Abteilung Umwelt und Lebensmittelanalytik, sagt: „Alternativ zu einem Silikonträger können wir das Material in einen dünnen Schlauch füllen, diesen Schlauch als Reservoir einsetzen und dann unter Verwendung eines Magnetrührers einen Passive-Dosing-Test starten.“4) (Foto links).<figure><img src="https://media.graphcms.com/1phPAZTDyS7IoVMrrc6A"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Die Methode Passive Dosing ermöglicht eine konstante Testsubstanzkonzentration bis zur maximalen Wasserlöslichkeit. Das schlauchförmige Reservoir ist in einem 15-Liter-Gefäß. Foto: Fraunhofer IME/Jan Bröckelmann</figcaption></figure>
<h2>Von Chromatographie bis Spektrometrie</h2>Außer ökotoxikologischen Tests sind nach den Richtlinien chemische Analysemethoden notwendig. Dazu gehören Flüssigkeitschromatographie und Gaschromatographie, gekoppelt mit Massenspektrometrie (MS) einschließlich hochauflösender Massenspektrometrie.Mit hochauflösender MS lassen sich unbekannte Bestandteile in UVCBs identifizieren. Das heißt allerdings nicht, dass damit alle Bestandteile von UVCBs erfasst werden können.Mit diesem Equipment sind die Substanzkonzentrationen in den Testsystemen verifizierbar. Auf Basis der gemessenen Konzentrationen werden die Effektkonzentrationen für den untersuchten Stoff berechnet.<h2>Weihrauch-Varietäten</h2>Mit Dünnschichtchromatographie charakterisierte das Team eines Apothekenlabors unterschiedliche Weihraucharten.2) Die Autorinnen schlagen als optimierte Trennmethode vor, Fertigplatten (HPTLC Lichrospher Si 60, Merck), ein Fließmittel aus vier Komponenten (Toluol/Ethylacetat/Ameisensäure/Cyclohexan im Volumenverhältnis 8:2:0,3:1) und eine Derivatisierung mit Anisaldehyd-Schwefelsäure5) oder Vanillin-Schwefelsäure6) zu verwenden.Auf kommerziell nicht verfügbare oder teure Standardsubstanzen haben sie verzichtet, doch ließ sich mit einem Triterpenalkohol als Marker (Lupeol, Karl Roth, Karlsruhe) der Bereich abstecken, in dem die Wirksubstanzen eluieren: Die Boswelliasäuren sind zwischen „Start“ und dem Lupeol-Fleck.Damit haben die Autorinnen unterschiedliche Weihraucharten eindeutig identifiziert, darunter Olibanum in granis vom Unternehmen Caelo, und sie unterscheiden mehrere Weihrauch-Tabletten und kirchliche Mischungen. Das hilft zum Beispiel einem Weihrauch-Verarbeiter beim Nachweis der Herkunftsregion, auf die sein Kunde möglicherweise Wert legt. Aussagen zu Einzelstoffen, wie sie für die Ökotoxtestungen notwendig sind, erlauben diese Analysen aber nicht.<h2>Keine einheitliche Teststrategie</h2>Welche Strategie für die Substanz-charakterisierung im Allgemeinen und für eine Reach-Anmeldung im Besonderen sinnvoll ist, hängt vom Einzelfall ab. Bei Substanzgemischen unbekannter Zusammensetzung helfen weniger störanfällige Summenparameter wie der TOC-Wert (total organic carbon) nur bedingt, da er keine Aussage darüber zulässt, welche Komponenten aus dem UVCB-Gemisch überhaupt in der wässrigen Phase sind. Bei Naturstoffen, bei denen sich die Zusammensetzung mit jeder neuen Charge ändern kann, sind Summenparameter in der Regel ungeeignet. Eine Aussage zur Effektkonzentration erfordert eine einzelsubstanzspezifische Analytik.Selbst die Echa hat keine einheitliche Strategie, wie ein Testmedium herzustellen ist.7) Aufgrund der Komplexität ist eine einheitliche Strategie auch aus wissenschaftlicher Sicht kaum vorstellbar. Vielmehr sind einzelfallangepasste Strategien gefragt. Wenn eine bessere Datenbasis für die Testung von UVCB-Substanzen vorliegt, ist es vorstellbar, sie zu gruppieren und für bestimmte UVCB-Gruppen einheitliche Teststrategien abzuleiten.Neue Strategien und Techniken bedürfen dabei immer des Dialogs mit der Echa, die in ihrer Entscheidung politische Aspekte berücksichtigen muss. So ist zum Beispiel eine Isotopenmarkierung bei bestimmten UVCB – etwa bei Reaktionsgemischen – denkbar, die auch in komplexer Umweltmatrix zuverlässiges Quantifizieren zulässt. Das erlaubt, naturnahe Testsysteme und realistische Expositionsszenarien zu verwenden. In anderen Regulationen wie beim Pflanzenschutz ist das seit vielen Jahren Standard, lässt sich aber nicht so einfach auf Reach übertragen.<h2>Strategien für den Einzelfall</h2>Selbst Gemische aus wenigen Substanzen können Tests schwierig machen, zum Beispiel wenn sich Substanzen durch Hydrolyse oder biologische Abbauprozesse in andere umwandeln, die vorher schon Gemischbestandteil waren. Dann ändert sich die Gemischzusammensetzung während des Tests. Wenn sich dagegen eine Substanz aus dem Gemisch beim Testen auffällig verhält, kann diese Substanz auch isoliert getestet werden.Bei komplexen Reaktionsgemischen entstehen häufig Gruppen verschiedener Substanzen mit gleicher Masse, aber unterschiedlicher chemischer Struktur. Eine Einzelstoffidentifizierung ist hier aussichtslos. Es lassen sich aber über Massenspektrometrie Hauptmassen zusammenfassen und diese Gruppen im Testsystem verfolgen.Ist das nicht möglich, kann ein Fingerprint der Substanz helfen, also ein charakteristisches Muster der Signale, ohne dass einzelne Signale zugeordnet werden. Die Analyse von Weihrauch über Dünnschichtchromatographie ist ein Beispiel dafür.Im Idealfall lassen sich das Verschwinden oder Erscheinen einzelner Signale im Verlauf der Studie beobachten. Sie können weiter untersucht und womöglich identifiziert werden.Das spezifische Vorgehen sollte möglichst frühzeitig mit der Behörde abgestimmt werden. Wenn Anmelder im Einzelfall schlüssig darlegen, dass aus wissenschaftlich-technischer Sicht keine andere Lösung möglich ist, sind meist auch Studien mit eingeschränkter Analytik für eine Registrierung akzeptabel. Oder es wird zusammen mit Labor und Behörde eine Strategie entwickelt, die Registranten die Sicherheit gibt, dass die Behörde die Bewertung einer Substanz akzeptiert. Dafür bietet ein unabhängiges Institut wie das Fraunhofer IME eine Plattform.Der promovierte Chemiker Christian Ehrensberger ist freier Mitarbeiter der Nachrichten aus der Chemie.<h2>AUF EINEN BLICK</h2>Um mit einem Material zu handeln, müssen dem Chemikalienrecht zufolge Zusammensetzung und ökotoxikologische Eigenschaften geklärt sein.Der Chemiehandel registriert bei der europäischen Chemikalienagentur nur gut untersuchte Stoffe.Für ölartige Substanzen gibt es Verfahren, die für ökotoxikologische Tests zumindest Teile davon wasserlöslich machen.Manche Stoffe sind mit eingeschränkter Analytik registrierbar. Anmelder müssen sich dafür mit der Behörde abstimmen.
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1 7. Nachtrag zum Europäischen Arzneibuch und Ergänzungslieferung zum Deutschen Arzneibuch 2007</li><li>
2 A. Koch, E. Hahn-Deinstrop, Bioforum 1998, 6, 352</li><li>
3 C. Haas, N. Heuer, U. Mühle et al., Leitfaden zur Registrierung unter Reach, doi 10.21934/baua:bericht20160912</li><li>
4 A. D. Redman, J. D. Butler, D. J. Letinski, T. F. Parkerton, Environ. Toxicol. Chem. 2017, 36(4), 1020</li><li>
5 V. Melzheimer, Pharm. Unserer Zeit 1992, 21(5), 206</li><li>
6 P.-F. Michel, Ein Baum besiegt die Zeit – Ginkgo biloba, Intersan, Ettlingen 1991</li><li>
7 Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie, Maßgeschneiderte Testung von UVCB für Reach, 2019</li></ul>

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