Hvordan produktionen af ​​kemikalier forstyrrer naturen beregnet i absolutte tal

For første gang har forskere ved ETH Zürich beregnet i absolutte tal, i hvilket omfang produktionen af ​​kemikalier i øjeblikket forstyrrer naturen på verdensplan – og resultaterne er svimlende. Ud over udledningen af ​​drivhusgasser tager den nye metode også højde for arealanvendelse og ferskvandsforbrug.

Mere end 99 procent af de mest udbredte kemikalier er ikke bæredygtige; deres produktion er baseret på fossile råstoffer og forbruger flere naturressourcer, end Jorden kan levere på lang sigt. Dette er konklusionen på en bæredygtighedsanalyse udviklet på ETH Zürich, som for første gang giver absolutte tal for den globale miljøpåvirkning fra den kemiske industri.

"Vores metode sammenligner de ressourcer, som kemikalier forbruger, med vores planets økologiske budget - dette er en ny tilgang," siger Gonzalo Guillén Gosálbez, professor i kemisk systemteknik ved ETH Zürich. Han ledede undersøgelsen, som for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Green Chemistry , sammen med Javier Pérez-Ramírez, professor i katalyseteknik ved ETH.

Standardpraksis for bæredygtighedsvurderinger i den kemiske industri i dag fokuserer på at beregne et givent produkts CO2-fodaftryk – fra råmateriale over produktion til bortskaffelse. Dette er kendt som livscyklusanalyse, hvilket giver mulighed for en sammenligning mellem forskellige typer produktion. Det er dog af begrænset brug ved vurdering af globale påvirkninger af naturlige økosystemer.

Sådanne konventionelle livscyklusanalyser af kemikalier tager ofte kun CO₂ emissioner i betragtning, hvilket generer Pérez-Ramírez. "Klimaændringer er ikke det eneste problem," siger han. "Hvis vi kun fokuserer på løsninger, der udelukkende reducerer kulstofemissioner, kan vi faktisk ende med at flytte miljøbyrder til andre kategorier og forårsage en vis skade."

'Grønne' kemikalier er ikke altid bæredygtige

Pérez-Ramírez bruger eksemplet med biobrændstoffer til at forklare, hvordan sådanne økologiske sideskader kan opstå:Når fossile brændstoffer erstattes af plantebaserede råmaterialer som majs eller træ (kendt som førstegenerations biobrændstoffer), betydeligt mindre ny CO ₂ frigives til atmosfæren. Det kræver dog store arealer agerjord, meget vand og også gødning for at producere den nødvendige biomasse.

Derfor var det erklærede mål for de to forskere at udføre en mere omfattende livscyklusvurdering for kemikalier – og dermed etablere en direkte forbindelse til Jordens økologiske budget. De baserer deres beregninger på de såkaldte planetariske grænser. Dette videnskabelige koncept beskriver menneskers indvirkning på ni vigtige jord-system-processer, såsom tab af biodiversitet og ændringer i arealanvendelsen.

I deres undersøgelse har forskerne beregnet, om og i hvilket omfang den globale produktion af i alt 492 kemikalier overstiger syv af disse grænser. Til dette formål koblede ETH-forskerne eksisterende data og regnskabsmodeller om råvareindkøb, forsyningskæden og de forskellige produktionstrin på globalt plan.

De fandt ud af, at mere end 99 procent af de undersøgte kemikalier overskrider mindst én planetarisk grænse. Kun tre af kemikalierne kan betragtes som miljømæssigt bæredygtige i absolutte tal ifølge denne nye metode.

Råolie er den grundlæggende ingrediens i kemikalier

"Det faktum, at næsten alle de undersøgte kemikalier var skadelige for miljøet, overraskede os næppe," siger Pérez-Ramírez. Trods alt er mere end 85 procent af den grundlæggende kulstofstruktur, der udgør de fleste kemikalier i dag, stadig opnået fra fossile råmaterialer.

"Hvis basiskemikalierne er fremstillet af olie, så vil alle produkter fremstillet af dem heller ikke være bæredygtige," siger Pérez-Ramírez. De planetariske grænser, der er stærkt forbundet med menneskeskabte drivhusgasemissioner – klimaændringer, havforsuring og biosfærens integritet – er langt dem, kemikalierne overstiger mest.

Men forfatterne til dette arbejde var overraskede over at opdage, at nogle kemikalier overskrider Jordens biofysiske grænser mere end 100 gange.

Mod bæredygtige produktionsprocesser

It has long been recognized that the chemical industry must move away from using fossil raw materials. But now, this study has, for the first time, quantified the problem at a global scale. "The message is clear:we can and must act now," Guillén Gosálbez says.

In the advisory meetings the ETH professor holds with chemical companies, practically all of them show a willingness to make their production more environmentally friendly—for economic reasons, too:"Sustainability has become a global trend and a topic that more and more customers are paying attention to," Guillén Gosálbez says.

Bringing about a fundamental change to production processes is ultimately a question of cost. "It's essential for companies to know in advance how much changes in a particular production step will increase the sustainability of their product," Guillén Gosálbez explains. To date, the industry has had hardly any applications with which to perform such an absolute sustainability assessment.

This is why the researchers would like to further develop their method so that it can be used not only to evaluate existing production processes but also to optimize the potential of new approaches. "Ideally, this will allow us to find the best—which is to say the most resource-efficient—mix of the different production technologies for a chemical," Pérez-Ramírez says.