Ein „messbarer“ Ansatz zur Förderung umweltfreundlicher Chemie

Zwei Chemiker mit unterschiedlichen Tätigkeitsschwerpunkten haben sich der Grünen Chemie verschrieben – und ermutigen andere, es ihnen gleichzutun.

13. Dezember 2023 | 6 Min.

In den frühen 2000er Jahren war Dr. Ettigounder („Samy“) Ponnusamy als Wissenschaftler bei Merck in St. Louis, USA tätig. Damals initiierte er eine monatliche Telefonkonferenz, die den Verlauf seiner Karriere verändern sollte. Sie hinterließ einen solchen Eindruck, dass er sich noch Jahre später an die Einwahlnummer und die genaue Uhrzeit erinnert: jeden dritten Dienstag um 8 Uhr morgens.

Er rief dieses Format ins Leben, da ihn etwas beschäftigte. Obwohl er ein Händchen für die Entwicklung neuer Produkte hatte und in sieben Jahren sieben Patente anmeldete, fühlte er sich nicht zufrieden. Je mehr er sich in der Branche umsah, desto stärker wurde ihm bewusst, dass die Chance da war, einen Wandel herbeizuführen. Eine Gelegenheit, bei der Entwicklung neuer Produkte oder Verfahren umzudenken – nachhaltiger, umweltbewusster zu denken.

Die monatlichen Telefonkonferenzen waren ein wichtiger Schritt, um Ideen in die Tat umzusetzen. Anfangs nahmen nur eine Handvoll Chemiker teil. Doch im Laufe der Zeit wuchsen das Interesse und der Teilnehmerkreis. Ponnusamy erkannte allmählich, dass diese Diskussionen nicht nur für die teilnehmenden Chemiker, sondern auch für das Geschäft und darüber hinaus von Nutzen waren. Seit den ersten Telefonaten hat sich das Interesse an einer auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Denkweise in Bezug auf Verfahren, Betriebsabläufe und Produkte immer weiter verstärkt. Die Gespräche halfen Merck bei der Einführung neuer, umweltfreundlicherer Produkte und schließlich bei der Entwicklung eines Instruments, mit dem sich messen lässt, wie umweltfreundlich (oder nicht) chemische Prozesse sind.

Nachhaltiger werden

Das Feld der Grünen Chemie – die darauf abzielt, die Auswirkungen von Chemikalien auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu verringern – hat sich Anfang der 1990er Jahre herausgebildet. Begründet wurde die nachhaltige, ökologisch orientierte Chemie mit den 12 Prinzipien Grüner Chemie. Diese Grundsätze berücksichtigen den gesamten Lebenszyklus eines Produkts, von der Materialbeschaffung bis hin zum Abfallmanagement – und allen dazwischenliegenden Aspekten. Während die Prinzipien selbst breit anwendbar sind, ist es für Forscher nicht einfach, schnell zu beurteilen, wie umweltfreundlich (oder nicht) ihre Produkte oder Prozesse sind.

Auch Ponnusamy und andere Chemiker, die an der monatlichen Telefonkonferenz teilnahmen, machten diese Erfahrung. Sie hatten sich zum Ziel gesetzt, die Umweltfreundlichkeit eines chemischen Produkts oder Prozesses anhand eines einzelnen Scores zu ermitteln. Mit Hilfe von Bioinformatikern gelang es den Chemikern schließlich, DOZN zu entwickeln, das erste und einzige Tool dieser Art.

DOZN wurde im Mai 2019 erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt und fand schnell großen Zuspruch. Das Tool wurde im Laufe der Jahre mit zahlreichen Preisen ausgezeichnet und verzeichnet derzeit Tausende von registrierten Nutzern. Es ermöglicht Wissenschaftlern, bedeutsame Forschung zu betreiben und gleichzeitig ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern. Zur Herstellung eines Zielmoleküls gibt es fast immer mehr als einen Prozess, den Chemiker anwenden können. Für diese verschiedenen Syntheseverfahren werden oft unterschiedliche Rohstoffe verwendet und es entstehen verschiedene Nebenprodukte. Mithilfe von DOZN können Chemiker direkt vergleichen, wie diese Vorgehensweisen unter Berücksichtigung der Prinzipien Grüner Chemie abschneiden.

In manchen Fällen führen kleine Anpassungen in der frühen Entwicklungsphase dazu, dass die Umweltfreundlichkeit eines Produkts bei der Herstellung in größerem Maßstab erheblich verbessert wird. Darin liegt das enorme Potenzial von DOZN.

Die Motivation für Ponnusamy ist ganz simpel. „Ich möchte ein besserer Chemiker und ein besseres Vorbild für Nachwuchschemiker sein“, sagt er. „Die Chemie wird die Nachhaltigkeit auf globaler Ebene verändern.“

Ponnusamy erkannte, dass das Tool für Chemiker in Forschungslabors von großem Nutzen sein würde. Er ahnte allerdings nicht, dass auch Lehrkräfte das Tool in ihren Vorlesungen und Labors gemeinsam mit ihren Studierenden nutzen und so dazu beitragen würden, ein umweltbewussteres Denken bei der nächsten Generation von Chemikern zu fördern.

In die Lehre

Viele Jahre lang erfuhren Chemiestudierende nur durch einen kurzen Abschnitt in einem Lehrbuch oder die beiläufige Erwähnung in einer Vorlesung etwas über Grüne Chemie. In der organischen Chemie lernten die Studierenden zwar Strukturen und Reaktionen, aber nur selten etwas darüber, was mit den verwendeten Lösungsmitteln oder Nebenprodukten eigentlich geschieht.

Lehrkräfte wie Dr. Shegufa Shetranjiwalla, die jetzt als Assistenzprofessorin an der Memorial University of Newfoundland arbeitet, haben sich zum Ziel gesetzt, einen Mentalitätswandel in Hörsälen, Labors und darüber hinaus herbeizuführen. Unterstützt wird sie dabei von Wissenschaftlern wie Ponnusamy.

Nur ein Jahr nach dem externen Launch von DOZN nahm Shetranjiwalla an einem Webinar von Beyond Benign teil, einer globalen gemeinnützigen Bildungsorganisation im Bereich Grüne Chemie, mit der Merck vor kurzem seine Beziehungen vertieft hat. Der Referent des Webinars war Ponnusamy. Bei dieser Gelegenheit hatte sie ihre erste – und, wie sich herausstellen sollte, entscheidende – Begegnung mit DOZN. Damals unterrichtete sie an der Universität Trent und war auf der Suche nach Möglichkeiten, wie Chemiestudenten im vierten Studienjahr die Nachhaltigkeit verschiedener Laborverfahren bewerten konnten. Zu dem Zeitpunkt war sie bereits dabei, die 12 Prinzipien Grüner Chemie und andere damit verbundene Tools in ihre Arbeit zu integrieren. Durch die Einbeziehung von DOZN in den Lehrplan gab sie ihren Studierenden ein für die Branche relevantes Tool an die Hand, mit dessen Hilfe sie fundierte und nachhaltige Entscheidungen treffen konnten.

„Meine Schüler sind mit Leidenschaft dabei. Sie wollen etwas verändern, aber sie wissen nicht wie“, sagt sie. Der Einsatz von Tools zur Bewertung der Umweltfreundlichkeit im chemischen Prozess ist so eine Möglichkeit, etwas bewirken zu können. Shetranjiwalla hofft, dass ihre Studierenden durch die Verwendung von Hilfsmitteln wie DOZN in ihren Lehrveranstaltungen in der Lage sein werden, das Tool auch an ihren zukünftigen Arbeitsplätzen zu nutzen und es in ihrem künftigen Kollegenkreis bekannt zu machen. Sie ist optimistisch, dass die Studierenden, die sich für einen Berufsweg außerhalb der Chemie entscheiden, den analytischen Ansatz weiterverfolgen werden.

Wissenschaftler wie Shetranjiwalla und Ponnusamy hoffen, dass das Feld der Grünen Chemie noch zu ihren Lebzeiten verschwindet. Sie wollen nicht etwa, dass ihre Bemühungen verpuffen, sondern dass alle Chemiker ökologisch orientierter denken. Angehende Chemikerinnen und Chemiker müssen in der Lage sein, bei ihrem Eintritt ins Berufsleben sofort loszulegen – und zwar mit einem umweltbewussten Mindset.

Mit Tools wie DOZN lässt Merck dies Wirklichkeit werden – und schlägt damit den Bogen von den Prinzipien Grüner Chemie zur Praxis.

Über DOZN

DOZN ist das branchenweit erste quantitative Tool, mit dem sich die relative Umweltfreundlichkeit ähnlicher Chemikalien, Synthesewege und chemischer Prozesse vergleichen lässt. Das Tool fasst die 12 Prinzipien Grüner Chemie in drei wesentliche Wirkungsbereiche zusammen: Verbesserung der Ressourcennutzung, Energieeffizienz und Minimierung von Gefahren für Mensch und Umwelt. Wissenschaftler von Merck verwenden das Instrument, um bestehende Produkte zu überarbeiten und Prozesse im laufenden Betrieb zu evaluieren. Auch Sie können es nutzen! Tun Sie es den mehr als 1.900 Nutzern weltweit gleich und melden Sie sich für die Nutzung des kostenlosen Tools an.