Voor het eerst hebben onderzoekers van ETH Zürich in absolute cijfers berekend in hoeverre de productie van chemicaliën momenteel de natuur wereldwijd verstoort - en de resultaten zijn verbluffend. Naast de uitstoot van broeikasgassen houdt de nieuwe methode ook rekening met landgebruik en zoetwaterverbruik.

Meer dan 99 procent van de meest geproduceerde chemicaliën is niet duurzaam; hun productie is gebaseerd op fossiele grondstoffen en verbruikt meer natuurlijke hulpbronnen dan de aarde op lange termijn kan leveren. Dit is de conclusie van een duurzaamheidsanalyse ontwikkeld door ETH Zürich, die voor het eerst absolute cijfers geeft over de wereldwijde milieu-impact van de chemische industrie.

"Onze methode vergelijkt de hulpbronnen die chemicaliën verbruiken met het ecologische budget van onze planeet - dit is een nieuwe benadering", zegt Gonzalo Guillén Gosálbez, hoogleraar Chemical Systems Engineering aan de ETH Zürich. Hij leidde de studie, die onlangs werd gepubliceerd in het tijdschrift Green Chemistry , samen met Javier Pérez-Ramírez, hoogleraar Catalysis Engineering aan de ETH.

De standaardpraktijk voor duurzaamheidsbeoordelingen in de chemische industrie is tegenwoordig gericht op het berekenen van de CO2-voetafdruk van een bepaald product - van grondstof via productie tot verwijdering. Dit staat bekend als levenscyclusanalyse en maakt een vergelijking tussen verschillende soorten productie mogelijk. Het is echter van beperkt nut bij het beoordelen van wereldwijde effecten op natuurlijke ecosystemen.

Dergelijke conventionele levenscyclusanalyses van chemicaliën kosten vaak slechts CO₂ uitstoot, wat Pérez-Ramírez stoort. "Klimaatverandering is niet het enige probleem", zegt hij. "Als we ons alleen richten op oplossingen die uitsluitend de CO2-uitstoot verminderen, kunnen we uiteindelijk de milieulasten verschuiven naar andere categorieën en enige bijkomende schade veroorzaken."

'Groene' chemicaliën zijn niet altijd duurzaam

Pérez-Ramírez gebruikt het voorbeeld van biobrandstoffen om uit te leggen hoe dergelijke ecologische nevenschade kan ontstaan:wanneer fossiele brandstoffen worden vervangen door plantaardige grondstoffen zoals maïs of hout (bekend als biobrandstoffen van de eerste generatie), aanzienlijk minder nieuwe CO ₂ vrijkomt in de atmosfeer. Er zijn echter grote stukken bouwland, veel water en ook meststoffen nodig om de benodigde biomassa te produceren.

Daarom was het verklaarde doel van de twee onderzoekers om een ​​uitgebreidere beoordeling van de levenscyclus van chemicaliën uit te voeren - en daarbij een directe link te leggen met het ecologische budget van de aarde. Ze baseren hun berekeningen op de zogenaamde planetaire grenzen. Dit wetenschappelijke concept beschrijft de impact van de mens op negen belangrijke processen van het aardsysteem, zoals het verlies aan biodiversiteit en veranderingen in landgebruik.

In hun onderzoek berekenden de wetenschappers of en in hoeverre de wereldwijde productie van in totaal 492 chemicaliën zeven van deze limieten overschrijdt. Hiervoor koppelden de ETH-onderzoekers bestaande data- en boekhoudmodellen over de inkoop van grondstoffen, de toeleveringsketen en de verschillende productiestappen op mondiaal niveau.

Ze ontdekten dat meer dan 99 procent van de onderzochte chemicaliën ten minste één planetaire grens overschreed. Volgens deze nieuwe methode kunnen slechts drie van de chemicaliën in absolute termen als ecologisch duurzaam worden beschouwd.

Aardolie is het basisingrediënt van chemicaliën

"Het feit dat bijna alle onderzochte chemicaliën schadelijk waren voor het milieu verbaasde ons nauwelijks", zegt Pérez-Ramírez. Immers, meer dan 85 procent van de basisstructuur van koolstof waaruit tegenwoordig de meeste chemicaliën bestaan, wordt nog steeds verkregen uit fossiele grondstoffen.

"Als de basischemicaliën uit aardolie worden gemaakt, zijn alle producten die ervan worden gemaakt ook niet duurzaam", zegt Pérez-Ramírez. De planetaire grenzen die sterk verbonden zijn met antropogene uitstoot van broeikasgassen - klimaatverandering, verzuring van de oceaan en de integriteit van de biosfeer - zijn verreweg de grenzen die chemicaliën het meest overschrijden.

Maar de auteurs van dit werk waren verrast toen ze ontdekten dat sommige chemicaliën de biofysische limieten van de aarde meer dan 100 keer overschrijden.

Naar duurzame productieprocessen

Het is al lang bekend dat de chemische industrie moet afstappen van het gebruik van fossiele grondstoffen. Maar nu heeft deze studie voor het eerst het probleem op wereldwijde schaal gekwantificeerd. "De boodschap is duidelijk:we kunnen en moeten nu handelen", zegt Guillén Gosálbez.

In de adviesbijeenkomsten die de ETH-hoogleraar met chemische bedrijven houdt, tonen vrijwel allemaal de bereidheid om hun productie milieuvriendelijker te maken - ook om economische redenen:"Duurzaamheid is een wereldwijde trend geworden en een onderwerp dat steeds meer klanten betalen aandacht aan", zegt Guillén Gosálbez.

Het tot stand brengen van een fundamentele verandering in productieprocessen is uiteindelijk een kostenkwestie. "Het is essentieel voor bedrijven om van tevoren te weten hoeveel veranderingen in een bepaalde productiestap de duurzaamheid van hun product zullen vergroten", legt Guillén Gosálbez uit. Tot op heden heeft de industrie nauwelijks toepassingen gehad om zo'n absolute duurzaamheidsbeoordeling uit te voeren.

Daarom willen de onderzoekers hun methode verder ontwikkelen, zodat deze niet alleen kan worden gebruikt om bestaande productieprocessen te evalueren, maar ook om het potentieel van nieuwe benaderingen te optimaliseren. "Idealiter stelt dit ons in staat om de beste - dat wil zeggen de meest hulpbronnenefficiënte - mix van de verschillende productietechnologieën voor een chemische stof te vinden", zegt Pérez-Ramírez.