Nachhaltige Verfahrenstechnik

1	Einführung

Der Mensch befindet sich in einer intensiven Wechselwirkung mit seiner Umwelt. Durch den Einsatz von Technik wird diese stark genutzt. Wichtige Ressourcen werden der Erde entnommen und Abfall- und Reststoffe an sie zurückgegeben. Aus dem Umgang mit der Umwelt gehen drei wesentliche Probleme hervor:

       Ressourcenverbrauch

       Zerstörung von Ökosystemen

       Umweltverschmutzung

Diese Probleme sind bereits seit vielen Jahren erkannt und es werden unterschiedliche Maßnahmen zu deren Vermeidung oder Abschwächung eingeleitet, wie z. B. die Einführung des CO2-Handels in Europa. Durch diesen Handel sollen Unternehmen motiviert werden, die ökologischen Auswirkungen ihrer Produktion auf die Umwelt zu analysieren und ihre Produktionswege entsprechend umzustellen, wodurch Ressourcen geschont und CO2-Emissionen vermieden werden.

Um die Produktionswege umzustellen, bedarf es neuer Verfahren und Prozesse. Einen wichtigen Beitrag dazu kann die Verfahrenstechnik leisten.

Wie gehören Nachhaltigkeit und Verfahrenstechnik zusammen? Eine erste Bestimmung der beiden Begrifflichkeiten bildet den Einstieg in das Thema.

Der Begriff Nachhaltigkeit wird in Kap. 1.1 vertiefend aufgegriffen. Dieser fasst die drei Bereiche Ökologie, Ökonomie und Soziales zusammen. Ziel für die Zukunft ist es, dass die Unternehmen neben der Betrachtung der Ökonomie auch die Aspekte der Ökologie und vor allem des Sozialen in ihren Fokus nehmen. Durch die Möglichkeit der Erstellung eines Nachhaltigkeitsberichts erhalten Unternehmen z. B. eine Anleitung, worauf in diesem Zusammenhang zu achten ist. Viele große wie kleine Unternehmen in Deutschland sind diesen Weg bereits gegangen, z. B. Großunternehmen wie Audi oder Siemens und kleine Unternehmen wie Märkisches Landbrot sowie die Reederei Riedel. Es wären an dieser Stelle viele weitere Unternehmen zu nennen. Die Berichte sind oftmals im Internet herunterzuladen. Für viele Unternehmen ist die Ökologie ein zentraler Ausgangspunkt. Bemühungen zur Verbesserung der Produktionsprozesse hin zu umweltfreundlicheren Prozessen bestehen schon seit vielen Jahren. Aus diesem Grund werden in diesem Buch unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit die Schonung von Ressourcen und die Auswirkungen des Lebenszyklus eines Produktes oder eines Produktionsprozesses auf das Ökosystem zentral betrachtet.

Das Aufgabengebiet der Verfahrenstechnik beschäftigt sich mit der Stoffumwandlung, -konzentrierung und -abscheidung (s. Kap. 1.2). Dazu werden Prozesse aufgesetzt, in denen ein Stoffgemisch, z. B. durch Temperatur- oder Druckänderung, in einen neuen, anderen Stoff bzw. in ein Stoffgemisch umgewandelt wird. Es erfolgt eine Änderung von Stoffart, Stoffeigenschaft und Stoffzusammensetzung. Alle in diesen Prozessen eingesetzten technischen Systeme, wie z. B. Rührwerke oder Kessel, zählen zum Bereich der Verfahrenstechnik. Einen zukunftsorientierten Aspekt bildet die Nutzung von Mikroorganismen, die zur Herstellung neuer Stoffe oder als Ersatz bestehender Stoffe bzw. zum Abbau von Stoffen eingesetzt werden können. Auch der Einsatz nachwachsender Rohstoffe, nicht nur bei der Energieerzeugung, sondern auch in anderen Bereichen, wie der Kunststoffherstellung, ist von hoher Wichtigkeit. Damit setzt die Verfahrenstechnik genau an den Punkten Ressourcenschonung und Entwicklung alternativer Prozesse und Produkte an, die eine positivere Auswirkung auf das Ökosystem besitzen.

Durch die Verbindung der beiden Begrifflichkeiten zu „nachhaltiger Verfahrenstechnik“ wird ein Verständnis für die in diesem Buch erfolgte Eingrenzung auf biologische Prozesse geschaffen. Biologische Verfahren beruhen auf Prinzipien der Ökologie. Diese unterliegen einem Kreislauf. Alles und jedes ist wieder ein Ausgangsstoff für einen anderen Prozess. Abfall, so wie wir ihn kennen, gibt es in natürlichen ökologischen Prozessen nicht. Die Prozesse des Stoffauf- und -abbaus befinden sich in einem ökologischen Gleichgewicht. Durch den Einfluss des Menschen, insbesondere durch den Einsatz von Technik, kann dieses Gleichgewicht deutlich gestört sein.

Für eine Bewertung in Bezug auf Umweltfreundlichkeit, Verbesserung der Klimabilanz, Sicherung der ökonomischen Unternehmensbasis usw. stehen mehrere Ansätze zur Verfügung. Es wurden drei zentrale Bewertungsansätze ausgewählt, die nachfolgend vorgestellt werden. Dazu zählen die Ökobilanz, der Product Carbon Footprint (CO2-Fußabdruck – eine Ökobilanz auf Produktebene, welche die CO2-Emissionen und damit die Klimarelevanz der Produktion betrachtet) und der Nachhaltigkeitsbericht. Weiterhin werden Ansätze betrachtet, die die ökonomische Seite beleuchten, wie z. B. das Konzept der Lebenszykluskosten (Life Cycle Costing).

Um die verfahrenstechnischen Prozesse besser zu verstehen, sind einige Grundlagen wichtig, die in den ersten beiden Kapiteln vermittelt werden. Darauf folgt die Beschreibung konkreter Beispiele, in denen die Grundlagen Anwendung finden. Eine Diskussion zur Beantwortung der Frage, ob diese Prozesse nachhaltig sind, schließt die jeweiligen Kapitel ab.

Ziel des Buches ist die Vorstellung von Verfahren, in denen Mikroorganismen wichtiger Bestandteil sind. Die eigentliche Stoffwandlung oder Produktion von Stoffen ist das Ergebnis des Stoffwechsels von Mikroorganismen. Nicht Bestandteil sind gentechnische Veränderungen von Mikroorganismen, obwohl dies heutzutage ebenfalls eine wichtige Rolle spielt. Wenn es um den Aspekt der Nachhaltigkeit geht, ist der Einsatz nachwachsender Rohstoffe ebenfalls relevant. Nachwachsende Rohstoffe geben nur den Betrag an CO2 nach Beendigung des Lebenszyklus wieder frei, den sie zuvor beim Wachstum aufgenommen haben. Diese Bilanz ist somit CO2-neutral. Zudem können sie am Ende des Lebenszyklus durch Mikroorganismen abgebaut werden. Nachwachsende Rohstoffe stellen damit einen wichtigen Beitrag auf dem Weg der Verbesserung der Nachhaltigkeit von Prozessen dar. Prozesse, in denen diese Rohstoffe Eingang finden, werden ebenfalls berücksichtigt.